Men 31-åringen blev besviken över sin tid på 51,90 sekunder före British Championships i Birmingham den 3-5 juli.
Williams fortsätter sin comeback från ett fyra månader långt förbud för att misslyckas ett drogtest i juli 2014.
"Jag förväntade mig inte att köra så långsamt idag... men med några tweaks jag borde springa lite snabbare nästa vecka," sade han.
"Jag förväntar mig att springa under 50 sekunder men det är inte bra att jag talar om det, men jag har tränat hårt och jag kan bara göra vad jag kan."
Williams bjuder på en plats i Storbritanniens lag för augustis VM i Peking.
Men han skulle behöva avsluta i de två bästa i British Championships att väljas och måste också uppfylla kvaltiden på 49.50sek vid ett evenemang före Peking.
Williams återvände först till konkurrens i maj efter sitt förbud, som han tjänstgjorde efter UK Anti-Doping fann att han och kollegan walesiska Gareth Warburton oavsiktligt hade tagit ett förorenat kosttillskott.
På andra ställen på Cardiff Athletics Stadium gjorde 17-åriga Hannah Brier anspråk på sin första äldre kvinnors 100m-titel i en vind-assisterad 11.40sek - strax utanför nationalrekordet på 11.39 sek och all-comers rekord 11.27sek.
"Jag ville bara koncentrera mig på min start som jag har jagat gånger mycket och det är inte så bra," Brier sade.
"Jag hade glömt att jag var tvungen att koncentrera mig på min start och jag var verkligen nöjd med att - 11.40 var där uppe med några av de snabbaste gångerna jag har kört den här säsongen."
Brier, som lade till 200m titeln på söndagen i 23.62sec, hoppas nu att väljas till World Youth Championships, som börjar i Colombia den 15 juli.
"Jag har kört kvalificeringsstandarden ganska bekvämt, så det är bara om urvalspanelen nu tycker att jag är värdig nog att gå ut där," tillade hon.
Sam Gordon tog männens 100m titel i 10.36sek, med försvara mästare Dewi Hammond måste dra sig tillbaka efter att plocka upp en skada när han vann sin värme.
Navid Childs vann trippelhoppet med 14,68m, medan Sian Swanson behöll sina kvinnors trippelhoppstitel med 11,06m.
Olly Sheppard var 3000m mästare i 10min 47.52sek, med Vicki Cronin kör en personlig bästa av 11.56.23 i kvinnoevenemang.
Brett Morse försvarade framgångsrikt sin diskustitel med ett kast på 58,69m, liksom Awen Rosser i kvinnoevenemanget med 39,54m.
Det blev också framgång för Cardiff-baserade stolpe valv Holly Bradshaw, återvänder till handling efter 16 månader ut skadade, vars 4.50m ledde fältet och också uppnått den mark som krävs för att kvalificera sig för VM.
Rhys Williams försvarade framgångsrikt sin 400m hinder titel vid Welsh Championships i Cardiff på lördag.