18 lutego 1930 r., mierząc klisze z 23 i 29 stycznia 1930 r., znalazł obiekt zmieniający swoje położenie, w odległości 6 stopni od przepowiedzianej przez Lowella pozycji. Początkowo nie wierzył w poprawność przewidywań Percivala Lowella, ale 13 marca 1930 r., w 75. rocznicę urodzin Lowella, ogłoszono odkrycie planety, którą nazwano Pluton. Zdecydowano się na nią, aby kontynuować tradycję nazywania planet imionami bogów rzymskich. W tym przypadku boga świata podziemia. Poza tym dwie pierwsze litery nazwy, stanowiące część astronomicznego symbolu planety, posłużyły jako stosowne uwiecznienie wkładu Percivala Lowella.
Clyde Tombaugh odkrył poza tym kometę 274P/Tombaugh-Tenagra, 5 gromad otwartych (np. Tombaugh 4), gromadę kulistą, supergromadę galaktyk oraz 14 planetoid (w sumie obserwował ich 775).
Pod koniec swojej aktywności zawodowej (1973) zorganizował ośrodek astronomiczny na Uniwersytecie Stanu Nowy Meksyk. Program Tombaugh Scholars, który ustanowił, kontynuuje jego prace szkoląc kolejne pokolenia astronomów. Po przejściu na emeryturę pozostał aktywny w środowisku astronomów. Choć formalnie nie uczestniczył już w obserwacjach teleskopowych, chętnie odpowiadał na pytania związane z odkryciem Plutona. Szczególnie z dużą przyjemnością zaspokajał ciekawość dzieci dotyczącą odkrycia planety.