וילסון ניתח את המצב הגאופוליטי באירופה והגיע למסקנה שכיוון שאין לצפות שהאימפריה הגרמנית הנשלטת על ידי מיליטריסטים תכבד את הנייטרליות של בלגיה, לא יהיה לבריטניה מנוס מהתערבות במלחמה בצפון צרפת, לצד הצבא הצרפתי. הוא היה בין הבודדים בצמרת הצבא הבריטי שסבר כך. בעקבות ניתוח זה טרח וילסון לקשור קשרים אמיצים עם מקביליו בצד הצרפתי. ב-1909 נפגש עם מקבילו הגנרל פרדיננד פוש ובין השניים נקשרה ידידות אישית אמיצה. וילסון גיבש תוכנית לפיה יילחם הצבא הבריטי בכפוף לפיקוד צרפתי במלחמה, שלא היה לו ספק שבו-תבוא ומפקד הכוח המשותף חייב להיות פוש (שהפך אמנם למפקד הכוח המשותף, אך רק ב-1918, לאחר ארבע שנות מלחמה). וילסון שילב דוקטרינות צרפתיות בבית הספר שבפיקודו והנהיג בקרב קציניו פקודות בצרפתית. את חופשותיו בילה בגבול צרפת-בלגיה בסיור בשדות הקרב העתידיים על גבי אופניים.
ב-1910 מונה וילסון למתאם הפעילות המבצעית במשרד המלחמה (הגוף שהחליף את מינהל המודיעין הצבאי). בתפקידו זה הכין תוכנית מפורטת לחיל משלוח בריטי לצרפת שיתפוס את חלקה השמאלי של החזית ויסיג במתקפה משולבת בריטית-צרפתית צפונה את הגרמנים, אם אלה יפלשו לבלגיה. וילסון היה מועמד מוביל להתמנות לראש המטה הכללי של ג'ון פרנץ, המפקד העליון של חיל המשלוח במקרה של מלחמה. אולם, במרץ 1914 פרץ אירוע של סף-מרד בקרב קציני הצבא הבריטי באירלנד (Curragh Mutiny), על רקע כוונת הממשלה הבריטית הליברלית בראשות אסקווית' להעניק "שלטון בית" ("Home Rule", אוטונומיה) לאירלנד. וילסון תמך במרד, דבר שהפך את מינויו לבלתי אפשרי. כך מונה ארצ'יבלד מארי לראש המטה של פרנץ'. בין השניים לא שררו יחסים תקינים ופרנץ' העדיף בעליל את וילסון, עובדה שהעיבה על התפקוד הבריטי בראשית מלחמת העולם הראשונה.
מלחמת העולם הראשונה.
לקראת המלחמה תקף וילסון, ששימש כעת כקצין קישור למפקדה הצרפתית, את תוכניתו של לורד קיצ'נר לשליחת חיל משלוח בריטי שיפעל בצרפת באופן עצמאי, ללא פיקוד עליון בריטי-צרפתי משותף. עם פרוץ המלחמה הועלה וילסון לדרגת לוטננט גנרל ושירת כקצין קישור בין מפקדתו של פרנץ' למפקדתו של המפקד העלין הצרפתי, ז'וזף ז'ופר. ב-1916 קיבל מינוי למפקד הקורפוס הרביעי בחזית המערבית מאחר שראש המטה באותה עת, ויליאם רוברטסון, תפס את תפקודו במטה כעצמאי מדי. וילסון הצטיין בתכנון אסטרטגי, הוא למד את לקחי הקרב על הסום ותכנוניו הובילו לאחד הקרבות המוצלחים ופורצי הדרך של הבריטים, קרב רכס וימי.
עלייתו של לויד ג'ורג' לכס ראש ממשלת בריטניה הוביל לתפנית בקריירה של וילסון. לויד ג'ורג' צירף את וילסון לנסיעתו למועצת המלחמה של מדינות ההסכמה שהתקיימה ברומא בינואר 1917. בהמשך אותו חודש יצא וילסון במשלחת צבאית של מדינות ההסכמה בראשות אלפרד מילנר לרוסיה. למרות ניסיונות של רוברטסון והייג להחזיר את וילסון לפיקוד על קורפוס, העדיף לויד ג'ורג' להעסיקו בשליחויות דיפלומטיות ובתיאום צבאי. בספטמבר 1917 מינה אותו לויד ג'וג' למפקד "פיקוד המזרח" (Eastern Command) בלונדון והוא הוזמן תדירות לקבינט המלחמה כיועץ לענייני אסטרטגיה ומודיעין בזכות היכרותו עם שדות הקרב בפלנדריה וניתוחיו את בעלי הברית הצרפתים, כמו גם את האויבים הגרמנים. עם ייסוד "מועצת המלחמה העליונה" (Supreme War Council) לאחר קרב קפורטו בנובמבר 1917 מינה לויד ג'ורג' את וילסון לנציג הצבא הבריטי במועצה. בדצמבר הוענקה לו דרגת גנרל-בעת-מלחמה. ב-19 בפברואר 1918 מונה וילסון לראש המטה הקיסרי הכללי במקום יריבו רוברטסון.
אחת מפעולותיו הראשונות של וילסון כרמטכ"ל הייתה שילוש כוח הטנקים מ-18,000 ל-46,000. בנוסף, "קידם" וילסון קצינים ותיקים, בעלי תפיסה מיושנת ושחוקים לפרישה והוביל קידום מהיר של קצינים צעירים. גם ידידותו ארוכת השנים עם הגנרל פוש, המפקד העליון של כוחות ההסכמה החל ממרץ 1918, הביאה תועלת רבה להבנה, אמון ופעילות מתואמת ומשותפת, שלקתה בחסר במהלך שנות המלחמה. וילסון עמד בראש צבא בריטניה ביום הניצחון בו נחתם הסכם הכניעה הגרמני, ב-11 בנובמבר 1918. כחודש לאחר מכן הוענק לו עיטור "אביר צלב-גדול של מסדר האמבט" יחד עם דרגת קצין גבוה בלגיון הכבוד הצרפתי ואות השירות המצוין. ביוני 1919 הועלה לדרגת פילדמרשל וקיבל תואר ברונט בסוף אותה שנה.
לאחר המלחמה.
וילסון הוזמן על ידי לויד ג'ורג' להשתתף בועידת השלום בפריז כיועץ צבאי והזהיר מפני השתת תנאי כניעה קשים מדי על גרמניה. כך למשל המליץ על פיצויי מלחמה מופחתים, על מנת שלא למוטט את כלכלת גרמניה ולעזעזע את ממשלה, צעד העלול, לפי ניתוחו, לדחוף את גרמניה לברית עם ברית המועצות ואף לגרור הפיכה קומוניסטית במדינה המוכה. במקביל יעץ לחזק את הברית בין בריטניה וצרפת והמליץ על כריית מנהרה מתחת לתעלת למאנש. כן הציע לזנוח את הסכסוך עם טורקיה, הגורם לאנטגוניזם מול כל העולם המוסלמי והמליץ דווקא "לחבק את טורקיה", בניגוד לדעתו של לויד ג'ורג', בכך חזה למעשה וילסון את חוסר התוחלת שבהסכם סוור.
עם בוא השלום קיצץ לויד ג'ורג' את תקציב הצבא והיקפו במידה ניכרת, על מנת להפנות תקציבים לצורך שיקום כלכלת בריטניה. באופן טבעי התנגד וילסון לצמצום בתקציבי הצבא, שהיה פרוס עדיין בשלזיה ובחבל הריין, במצרים, בארץ ישראל ובמסופוטמיה ובכוננות לקדם התפתחויות עקב מלחמת האזרחים ברוסיה באזור הים השחור והקווקז (למשל בשליטה רפובליקה של בתומי). בראשית 1921 הפעיל וילסון, בתמיכת וינסטון צ'רצ'יל ונגד דעתו של לויד ג'ורג', גדודי צבא על מנת לדכא שביתות פועלים ולהגן על הבירה מפני מהומות.
במאי 1919 נפגש וילסון עם חיים ויצמן ויצא מהפגישה כתומך בציונות. וילסון סבר שבעיית ארץ-ישראל זהה לבעיה באירלנד, שני עמים החיים על פיסת אדמה אחת ושונאים זה את זה ושלאימפריה הבריטית אין שום צורך בעוד טריטוריה בעייתית. לפי התוכנית שגיבש על הבריטים להסיג את צבאם מארץ-ישראל (כולל עבר הירדן), לסיים את תקופת המנדט במהירות האפשרית ולאפשר ליהודים ליישם שלטון בריטי בפועל בארץ-ישראל, לה קרא "Jewland" ("ארץ היהודים"): "הבה נצא מג'ולנד בהקדם האפשרי ונניח ליהודים להרוס אותה במהירות שירצו".
אירלנד.
ב-21 בינואר 1919 התאספו עשרים ושבעה חברי הפרלמנט מסיעת שין פיין, בבניין העירייה בדבלין, והכריזו על הקמתו של ה"דאיל" (Dáil Éireann) - הפרלמנט האירי. הם חזרו על ההצהרה שהוקראה על מדרגות בניין הדואר במרד הפסחא (1916), וקבעו כי הם מקימים את הרפובליקה האירית. עוד באותו היום נהרגו שני שוטרים בריטים במחוז טיפררי. הייתה זו תחילתה של מלחמת העצמאות האירית.
בתחילה נשאו בנטל הלחימה כוחות ה-RIC,(Royal Irish Constabulary, כוח משטרה בריטי סדיר) ומולם עמדו "המתנדבים" שעתה החלו להזדהות כ-IRA, "הצבא האירי הרפובליקני" בראשות מייקל קולינס. עד מהרה התברר כי כוח ה-RIC כשלעצמו אינו מספיק. בינואר 1920 החלו הבריטים מגייסים כוחות מילואים, אשר קיבלו את הכינוי "Black and Tans" בשל צבע חאקי של מדיהם. אנשים אלו גויסו בהליך מהיר, ועברו אימון מזורז. עד מהרה הם נודעו באלימותם ובאכזריותם, והמלחמה הדרדרה למלחמת גרילה אכזרית במיוחד. ב-21 בנובמבר 1920 אירע הטבח הידוע כ"יום ראשון העקוב מדם" עת פשטו אנשי ה"בלאק אנד טאנס" על משחק כדורגל אירי בדבלין, הרגו שנים עשר מן הצופים והשחקנים, ופצעו שישים. ב-10 בדצמבר 1920, לפי המלצה חוזרת-ונשנית של וילסון הוכרז באירלנד ממשל צבאי.
ב-23 בדצמבר 1920 קיבל הפרלמנט הבריטי את "החוק לסיפוק ממשל טוב יותר לאירלנד" הידוע אף כ"חוק השלטון באירלנד", פרי יוזמתו של לויד ג'ורג'. החוק יצר שתי מדינות איריות בעלות "שלטון בית". אירלנד הצפונית, ואירלנד הדרומית. הייתה זו פשרה שהוצעה על ידי הממשלה הבריטית שעמדה מול דרישות הלאומנים לרפובליקה ששטחה משתרע על כל האי, ודרישות הפרוטסטנטים (היוניוניסטים) להמשך האיחוד עם אנגליה, ולביטולו של "שלטון הבית" על פי החוק מ-1914. לכל מדינה אמור היה להיות פרלמנט בן שני בתים, בית נבחרים וסנאט. ב-29 בדצמבר כינס וילסון ועידה יחד עם ראש ה-RIC, הנרי טיודור והמושל הצבאי של אירלנד, נוויל מקרדי (Nevil Macready), שהמליצה על השבה מיידית של הסדר הציבורי לכנו ובין ארבעה לשישה חודשים של ממשל צבאי לפני שיותר קיום בחירות לפרלמנט אירלנד הדרומית בדבלין. לאחר שהרוחות באי לא נרגעו ובניגוד לעצתו של וילסון, שביקש לתגבר את הכוח הצבאי הבריטי באירלנד על מנת למחוץ את ה"שין פיין", החל הקבינט הבריטי בשיחות עם המנהיג האירי איימון דה ואלירה, בסופן נחתם ב-11 ביולי 1921 הסכם הפסקת אש (האמנה האנגלו-אירית). וילסון כינה את ההסכם "הסכם פחדני עם רוצחים". חתימת ההסכם גרמה לקרע שלא התאחה עוד בין וילסון לבין לויד ג'ורג'. ב-19 בפברואר 1922 סיים וילסון את כהונתו כראש המטה הכללי.
עם פרישתו הוצע לו מושב בפרלמנט של צפון אירלנד בבלפסט והוא נבחר כחבר פרלמנט שלושה ימים לאחר פרישתו מהשירות הצבאי. בנוסף לתפקידו כחבר פרלמנט שימש כיועץ לענייני ביטחון לראש ממשלת צפון אירלנד, סר ג'יימס קרייג. בנאומיו תקף בחריפות את ממשלת לויד ג'ורג' ודחה כל שיתוף פעולה עם לאומנים אירים רפובליקאים, אם כי לא על בסיס דתי (הוא המליץ לצרף קתולים נאמנים לכתר לכוח השיטור, שהיה על טהרת הפרוטסטנטים) ולהציב בראש כוח השיטור איש צבא בכיר שיסייע בהסדרתו. בעיני אנשי השין פיין הואשם וילסון בניסיון להפוך את כוח השיטור הצפון-אירי לצבא שמטרתו לכבוש את הדרום.
הרצחו.