En 1991, il rejoint le Vénissieux handball et y réalise le double coupe-championnat. Mais ce succès sur le plan sportif est doublé de grandes difficultés financières et le club doit ainsi se séparer de ses meilleurs joueurs dont Perreux qui prend alors la direction de l'OM Vitrolles où il enrichit son palmarès de ses 5e et 6e titres champion de France en 1994 et 1996, de deux coupes de France en 1993 et 1995 et surtout de la première coupe d'Europe remportée par un club français, la coupe des coupes en 1993. En 1996, à la suite du dépôt de bilan du club marseillais, il rejoint l'UMS Pontault-Combault où il termine sa carrière en 1998.
Lorsqu'il connait la première de ses 248 sélections en 1984, l'équipe de France n'est qu'une nation de second plan dans le handball mondial. Sous la houlette de Daniel Costantini, il fait partie de la génération des Barjots[2] qui apportent ses premiers titres au handball français avec tout d'abord une médaille de bronze aux Jeux olympiques de Barcelone en 1992[3], médaille qui vaut aux français un autre surnom, les « Bronzés ». Puis vient la confirmation avec le titre de vice-champion du monde en 1993 et enfin la consécration en 1995 avec le titre mondial obtenu face à la Croatie.
Par la suite, il entame une carrière d'entraîneur. D'abord en tant que responsable technique du Villeurbanne HBA entre 2000 et 2007, il permet au club de naviguer entre la D1 et la D2. Malgré la prolongation de son contrat de trois ans signée en début de saison 2006-2007 avec le club rhodanien, Thierry Perreux est libéré par Villeurbanne à la fin de la saison et rejoint en 2007 le Tremblay-en-France Handball. Au terme d'une saison terminée à une septième place loin d'une qualification européenne, il n'effectue pas sa deuxième année de contrat à cause d'une relation de plus en plus difficile avec son collectif et est remplacé par Stéphane Imbratta sur le banc de Tremblay[5]. En novembre en 2008, il retrouve son ancien club en D2 en devenant le conseiller technique de l'entente Villeurbanne-Villefranche[6] et y reste jusqu'en 2012 malgré des résultats contrastés[7].
À l'été 2015, Philippe Gardent quitte le club et est remplacé par Zvonimir Serdarušić : Thierry Perreux devient le coordinateur technique du Paris Saint-Germain Handball puis entraîneur de l'équipe réserve.
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