No universo, há duas explicações em que posso pensar, sendo a primeira a mais provável.
Ele pegou
Quando Thanos está lutando com Thor, Thor joga a espada de Thanos fora, a câmera gira um pouco antes de Thanos enviar Thor voando, então não está exatamente claro onde ele pousa. É muito possível que Thor aterre perto da espada. Depois de ser atingido por Mjolnir Thanos, cai no chão um pouco e se levanta segurando sua espada novamente. Parece bastante provável que ele apenas o tenha levantado do chão quando foi atingido.
A espada pode retornar como Mjolnir / Stormbreaker
Não está exatamente claro se ele pode retornar à sua mão quando chamado, mas assistindo a cena da luta de volta algumas vezes, ele joga a espada e ela volta para ele novamente. Como dito, não está claro se isso tem a ver com a maneira como ele joga a espada ou se é uma propriedade da espada. É possível que seja um poder da espada, se é que isso é certamente uma possibilidade de como ele conseguiu de volta.
Fora do universo, não devemos descartar a chance de que isso tenha sido um erro de edição. Também é possível que houve um pequeno intervalo de tempo de alguns segundos quando Thanos pega a espada ou algo assim. Parece haver alguns pequenos pulos na cena da luta que poderiam explicar isso.