Formuła 3 W sezonie 2007 Tom, za sprawą mistrzowskiej stajni ASM Formule 3, awansował do Formuły 3 Euroseries (startował w drugorzędnym teamie). Debiut w serii nie był jednak udany dla Francuza, zważywszy na rezultaty swoich partnerów zespołowych, którzy walczyli o zwycięstwa. Ostatecznie Dillmann pięciokrotnie zdobył punkty, z czego trzykrotnie stanął na podium (najlepiej spisał się na hiszpańskim torze Circuit de Catalunya, gdzie zajął 2. i 3. miejsce), będąc w rezultacie sklasyfikowanym na 9. miejscu.
W roku 2008 Dillmann przeniósł się do francuskiej ekipy SG Formula. Pierwsze trzy rundy nie były jednak dla Francuza udane i po domowej eliminacji opuścił mistrzostwa. Do serii wrócił cztery wyścigi później. Na niemieckim obiekcie Nürburgring, Tom spisał się bardzo dobrze, zajmując 3. i 5. pozycję. Był to jednak ostatni wyścigowy weekend dla reprezentanta Francji w tym sezonie, w tej serii. Dorobek punktowy pozwolił mu zająć 18. miejsce w generalnej klasyfikacji. Pod koniec sezonu Francuz związał się z włoskim zespołem Europa Corse, we Włoskiej Formule 3, na trzy ostatnie rundy. Pomimo iż w pierwszym wyścigu został zdyskwalifikowany, w kolejnych dwukrotnie zajął 2. i 3. miejsce. W ostatnim nie dojechał do mety. Ostatecznie w klasyfikacji końcowej zajął wysokie 7.