עם תום התקופה בגרנולרס, נפגש וויליס עם ראשי הפועל תל אביב שחיפשו שחקן חיזוק לקבוצה, שהזמינו אותו לעלות לישראל ולשחק בקבוצה כישראלי. באוגוסט 1977 הצטרף וויליס באופן רשמית לקבוצה, ושימש כמחליף למרק טורנשיין שעזב. באותה שנה כיכבו בקבוצה בארי ליבוביץ ופיני חוזז. העלייה לישראל, לפי דבריו, לא נבעה מציונות, אלא מטעמים כספיים ותנאי החיים בישראל.
בעונתו הראשונה של וויליס בקבוצה, עונת 1977/1978 הונהגה שיטה חדשה עם 22 מחזורי ליגה סדירה, ובסופם טורניר "ליגת-על" (בה נמחק המאזן מהליגה הסדירה) עם 6 הקבוצות אשר סיימו ראשונות בסיום הליגה הסדירה. במהלך העונה גברה הפועל על מכבי 98-85 ביד אליהו, כשוויליס מככב עם 23 נק' ופיני חוזז מוסיף 22. מדובר בניצחון הראשון של הפועל בדרבי מאז מאי 1970. את העונה הסדירה סיימה הפועל במקום השלישי. במשחקי בית הגמר הפסידה הפועל 4 פעמים בששת המחזורים הראשונים, כולל בדרבי. בסיבוב השני הפסידה הפועל שוב בדרבי, 77:118, ולבסוף סיימה את הבית במקום השלישי. בעונה הסדירה קלע וויליס בממוצע של 14.9 נקודות למשחק ובפלייאוף בממוצע של 18.1 נקודות למשחק. וויליס נבחר לחמישיית העונה. בגביע המדינה, הפסידה הפועל למכבי 90:93 לאחר משחק צמוד והארכה, כאשר וויליס קלע בגמר 24 נקודות.
עונה לאחר מכן, 1978/1979, עמד על הקווים המאמן יהושע רוזין. שיטת הליגה שונתה שוב, ולראשונה בתולדות הליגה הוחלט על הכרעת האליפות בשיטת פלייאוף עם סדרות (הטוב משלושה). הפועל תל אביב העפילה לגמר הפלייאוף לאחר שגברה על הפועל רמת גן. המשחק הראשון בגמר הפלייאוף נגמר בניצחון של מכבי תל אביב. המשחק השני היה כבר צמוד יותר, ובדקות הסיום הגיע לשוויון 64-64, כשמכבי לא מצליחה לקלוע סל במשך שש דקות. אבל דווקא אז, במהלך התקפה של הפועל, איבד לייבוביץ' את הכדור למיקי ברקוביץ', שניצח את המשחק, ואת סדרת הגמר 0–2 עבור מכבי. בעונה הסדירה קלע וויליס בממוצע של 18.3 נקודות למשחק ובפלייאוף בממוצע של 18.6 נקודות למשחק.
בעונת 1979/1980, הרוויחה הפועל מפירוקה של הפועל גבת/יגור כשהעבירה לשורותיה את בועז ינאי, ואת המאמן שימי ריגר. כמו כן ניצלה הפועל היטב את ההיתר לראשונה לשתף שחקן זר אחד בסגל, והביאה את הגבוה המצטיין פראן קוסטלו. בעונה עצמה שוב התמודדה הפועל בצמרת עם מכבי תל אביב והפועל רמת-גן. לשני מחזורי הסיום הגיעה הפועל כשיש לה עדיין סיכוי לזכות באליפות, אם תנצח את שני משחקיה האחרונים. לרוע מזלה, שני המשחקים האלה היו מול מכבי תל אביב והפועל רמת גן. הסיכוי נמוג לאחר הדרבי, בו ניצחה מכבי ללא כל קושי. הפועל התנחמה בכך שבמחזור האחרון ניצחה את ר"ג 83–85, ועברה אותה בטבלה, בדרך לעוד סגנות. במהלך העונה שיחק וויליס 20 משחקים וקלע בממוצע של 16.4 נקודות. וויליס נבחר לחמישיית העונה. כן בעונה זו העפילה הפועל לראשונה בתולדותיה לחצי גמר גביע קוראץ', שם חיכתה לה ציבונה זאגרב. המשחק הראשון בין שתי הקבוצות נערך בהיכל הספורט יד אליהו, והפועל ניצחה בו 80–81, אך במשחק הגומלין הפסד 80–92 מנע ממנה העפלה היסטורית לגמר גביע אירופי. אחת הסיבות המרכזיות לאי העפלה לגמר הייתה שברגעים המכריעים ספג וויליס ארבע עבירות, שהקשו עליו לשמור על שחקני זאגרב. בשנת 1980 התגייס וויליס לצה"ל ושירת שנה כמדריך ספורט בבסיס חיל האוויר בתל נוף.
בעונת 1980/1981 עברה הפועל לשחק באולם אוסישקין המקורה. לפני תחילת העונה נקלעה הקבוצה לקשיים כלכליים, וההנהלה פנתה לוויליס וליבוביץ שיפחיתו משכרם, אולם אלו סירבה. השחקנים בועז ינאי, פראן קוסטלו, גור בן-דוד ושמואל נחמיאס עזבו. שבוע בלבד לפני פתיחת העונה התחילה הפועל להתאמן. המאמן שימי ריגר החתים נסע לארצות הברית והחתים את לבן מרסר. הפועל סיימה את העונה במקום הרביעי בלבד, בעוד מכבי תל אביב גורפת את אליפות אירופה ואליפות ליגה נוספת בלי הפסד. וויליס רשם 22 הופעות וקלע בממוצע של 16.5 נקודות למשחק.
בחלוף 3 שנים לאחר שעלה לישראל, לפי תקנון פיב"א, רשאי היה וויליס לשחק במדי נבחרת ישראל. בשנת 1981 השתתף וויליס באליפות אירופה שנערכה באותה שנה בצ'כוסלובקיה. מאמן הנבחרת היה רלף קליין וכוכב הנבחרת היה מיקי ברקוביץ'. הנבחרת סיימה את האליפות במקום השלישי עם שלושה ניצחונות וחמישה הפסדים. וויליס שיחק באליפות בכל שמונה המשחקים, וקלע בממוצע של 6.2 נקודות למשחק.
בעונת 1981/1982 חזרה שיטת הפלייאוף לליגה. בטרם התחילה העונה החתימה הפועל שני מתאזרחים, אנדי ווקר וקני לבנובסקי, שחיזקו מאוד את הקו הקדמי של הקבוצה. חמישיית הקבוצה היו וויליס, הקפטן הוותיק בארי לייבוביץ', הזר, לבן מרסר, דני ברכה ופיני חוזז, ולתפקיד המאמן מונה אריה דוידסקו. בפלייאוף עצמו הוצלבה הפועל מול הפועל גליל עליון, הצליחה לעבור אותה לאחר שני ניצחונות, והעפילה כצפוי לבית הגמר יחד עם מכבי תל אביב והפועל רמת גן. הפועל אירחה במשחק הראשון את הדרבי, וכבר בו איבדה מעשית כל סיכוי לזכות בתואר כשהובסה 89:73, לאחר מחצית ראשונה צמודה. גם במשחק השני הובסה הפועל בחוץ על ידי ר"ג 70:90. הפועל הפסידה גם בשני המשחקים שנותרו. בעונה הסדירה קלע וויליס בממוצע של 11.2 נקודות למשחק ובפלייאוף בממוצע של 9.7 נקודות למשחק. בסיום העונה, עזב וויליס את הפועל לאחר שהואשם על ידי ההנהלה בזיוף פציעה בגב, כנראה משום שהפועל רצתה להתחמק מתשלום כספים שהגיעו לו. בתוך כך העבירה הפועל לוויליס שיקים ללא כיסוי. העניין התגלגל לבתי המשפט שם זכה וויליס בשנת 1984, בתביעה בסכום של כ-3 מיליון שקל.
מעברים בין קבוצות.
לקראת עונת 1982/1983 חתם וויליס, יחד עם בארי ליבוביץ', בהפועל חיפה. עונה קודם לכן, סיימה הקבוצה במקום הלפני אחרון, שהיה אמור להוביל ל-ליגה הארצית, אך איגוד הכדורסל החליט בקיץ 1980 לבטל את העליות והירידות בין הליגה הלאומית לארצית למשך שתי עונות כדי להוריד את הביקוש לרכישת שחקנים, לנוכח עליית מחירי השחקנים והחשש כי הקבוצות לא יצליחו לעמוד בתשלומים, כך ניצלה הקבוצה מירידה. מאמן הקבוצה היה רני כהנא ולשני המתאזרחים וויליס וליבוביץ' הצטרפו לחיים זלוטיקמן ורנדי אלתר. הפועל חיפה רשמה עונה חלשה וסיימה במקום העשירי עם 9 ניצחונות בלבד, מרחק ניצחון אחד ממקום המוביל לירידת ליגה. וויליס לעומת זאת שמר על ממוצע גבוה - 18.2 נקודות למשחק.
בשנת 1983 השתתף וויליס באליפות אירופה שנערכה באותה שנה בצרפת, תחת המאמן רלף קליין. הנבחרת סיימה במקום השישי במאזן כללי של שלושה ניצחונות (בין היתר על יוגוסלביה החזקה) וארבעה הפסדים. וויליס שיחק באליפות בשישה משחקים וקלע בממוצע של 4.8 נקודות למשחק. לימים הגדיר וויליס את האליפות הזו כשיא הקריירה שלו בארץ.
בעונה הבאה, 1983/1984 הצטרף להפועל חיפה המאמן פראן אוהנלן, והקבוצה השתפרה משמעותית כשסיימה במקום החמישי את העונה הסדירה, כאשר וויליס קלע בממוצע של 14.1 נקודות למשחק. בחצי גמר הפלייאוף הפסידה הפועל חיפה למכבי תל אביב בשני המשחקים - 88:82, 85:77. בשנת 1984 השתתף וויליס בטורניר הקדם אולימפי לקראת אולימפיאדת לוס אנג'לס, תחת המאמן אריה מליניאק, שנערכה בצרפת. מאזנה הכללי של הנבחרת בטורניר היה שלושה ניצחונות ושישה הפסדים. וויליס השתתף ב-9 משחקים וקלע בממוצע של 6.8 נקודות למשחק.
בעונת 1984/1985 חזר וויליס להפועל תל אביב, עקב רצונה של אשתו לחזור לגור במרכז הארץ. באותה עונה העמידה הפועל את אחד הסגלים החזקים בתולדותיה, תחת המאמן רוזין, עם וויליס, מייק לארגי, לבן מרסר, וילי סימס, ג'ק צימרמן ושמוליק זיסמן. בסיום העונה הסדירה חזרה הפועל לראשונה מאז עונת 1979/1980 למקום השני בסיום הליגה הסדירה. בפלייאוף, ברבע גמר גברה הפועל בקלות על הפועל עפולה של בועז ינאי, ובחצי הגמר על מכבי רמת גן, וחיכתה בגמר הפלייאוף למכבי תל אביב. במשחק הראשון בגמר הפלייאוף, ניצחה הפועל את מכבי. במשחק השני, 14 דקות לסיום ההפרש היה 8 למכבי, אבל אז הגיעה התגרה המפורסמת בין מוטי ארואסטי למייק לארגי, בסיומה הורחקו שני השחקנים על ידי השופט. בלי לארגי הפועל התקשו מאוד, בעוד שמכבי פשוט הכניסה במקום ארואסטי את חן ליפין, וניצחה בסיום ב9 הפרש. במשחק השלישי, ניצחה מכבי 66–76 וזכתה בעוד אליפות. בעונה הסדירה קלע וויליס בממוצע של 10.2 נקודות למשחק ובפלייאוף בממוצע של 12.6 נקודות למשחק.
בשנת 1985 השתתף וויליס במדי נבחרת ישראל באליפות אירופה שנערכה באותה שנה בצרפת, תחת המאמן צביקה שרף. הנבחרת סיימה במקום התשיעי במאזן כללי של ארבעה ניצחונות ושלושה הפסדים. וויליס שיחק באליפות בשבעה משחקים, וקלע בממוצע של 9.4 נקודות למשחק.
לקראת עונת 1985/1986 עבר וויליס להפועל חולון, תחת המאמן מולי קצורין. וויליס לא הצליח לתפוס את מקומו בחמישיית הקבוצה, שכללה את ישראל אלימלך, חיים זלוטיקמן, דזי בארמור, ג'ו קופר וקליף פונדקסטר. הקבוצה סיימה את העונה הסדירה במקום השני (לראשונה מאז 1955), אך הפסידה בחצי גמר הפלייאוף 2:0 לאליצור נתניה. וויליס קלע בממוצע של 7.4 נקודות למשחק - הממוצע הנמוך בקריירה שלו. באותה עונה העפילה הפועל חולון לגמר גביע המדינה בו הפסידה למכבי תל אביב 90:86, וויליס קלע 3 נקודות. בפברואר 1986 הודיע וויליס על פרישה מנבחרת ישראל. בהמשך לא זימן אותו מאמן הנבחרת צביקה שרף לאליפות העולם 1986.