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A su regreso a España fue nombrado Geógrafo de los Dominios de Su Majestad y desarrolló una intensa labor cartográfica. Elaboró numerosos mapas de España, de sus reinos, provincias y partidos, así como de diversos territorios de Europa, América, Asia y África. Su obra constituye una de las aportaciones más importantes al conocimiento geográfico español del siglo XVIII. Consciente de las limitaciones de la información disponible, emprendió a partir de 1766 una gran encuesta geográfica dirigida a párrocos, autoridades locales y personas instruidas de todo el país. Mediante cuestionarios solicitó datos sobre población, economía, caminos, ríos, montes, cultivos, monumentos y otros aspectos de cada localidad. Gracias a estas respuestas se conserva hoy una valiosa información sobre numerosos pueblos españoles, entre ellos la Tierra de Ves.
Tomás López fue miembro de la Real Academia de la Historia y de la Real Academia de Bellas Artes de San Fernando. Falleció en Madrid en 1802, dejando una obra cartográfica de extraordinario valor para la geografía y la historia de España.