הגרמנים חתמו על הסכם הכניעה ב-11 בנובמבר 1918, וסיימו את המלחמה. אוסטרו-הונגריה חתמה על הסכם משלה שמונה ימים קודם לכן, והאימפריה העות'מאנית חתמה על הפסקת האש של מודרוס באוקטובר. הצדדים הלוחמים נפגשו בוועידת השלום בפריז ב-1919 כדי לקבוע את תנאי השלום.
ארבע עשרה הנקודות.
וילסון שכר קבוצה של גאוגרפיים, היסטוריונים ומדעני-מדינה כדי ללמוד את התרבות האירופאית, בהנהגת הקולונל האוס. הקבוצה סיכמה את ממצאיה בנושא התנאים הרצויים להסכם השלום, ואת התנאים הציג וילסון בנאומו בפני הקונגרס ב-8 בינואר 1918. בנאומו הציג וילסון את מטרותיה של אמריקה לטווח הארוך- הצהרת הכוונות הברורה ביותר שאחת מהמדינות הלוחמות נשאה. הנאום, שנודע כארבע עשרה הנקודות, נכתב ברובו בידי וולטר ליפמן והפנה את מדיניות הפנים הפרוגרסיבית של וילסון אל התחום הבין לאומי. שש הנקודות הראשונות עסקו בדיפלומטיה, חופש השיט ויישוב התביעות הקולוניאליות. לאחר מכן דובר על עניינים טריטוריאליים, והנקודה האחרונה קראה להקמת ארגון בינלאומי של אומות שיבטיח את עצמאותן ושלמותן הטריטוריאליות של כל האומות- חבר לאומים. הנאום תורגם לשפות רבות כדי שיופץ ככל האפשר.
ועידת השלום בפריז.
כשהגיע הזמן, נסע וילסון לפריז לחצי שנה עבור ועידת השלום, והפך לנשיא האמריקני הראשון שנסע לאירופה בזמנו בתפקיד. הוא ירד מהספינה ב-13 בדצמבר. כשהיה באיטליה (1–6 בינואר 1919) ופגש את המלך ויטוריו אמנואלה השלישי, ואת ראש הממשלה ויטוריו אמנואלה אורלנדו, הוא הפך לנשיא הראשון שנפגש עם אפיפיור, כשביקר את בנדיקטוס החמישה עשר בארמון האפיפיור.
וילסון לקח הפסקה מהמשא ומתן ונסע הביתה ב-14 בפברואר 1919, ולאחר שלושה שבועות חזר לפריז ונשאר שם עד ההגעה להסכם ביוני. במהלך ארבעת השבועות הראשונים של הוועידה, נקט וילסון עמדה פעילה, ביסס את סדרי העדיפויות שלה והצליח להשיג תמיכה ברעיון חבר הלאומים. הוא קידם את תוכניתו בצרפת ובביתו בפברואר. במהלך הוועידה, בביקורו בבית, נראה רזה, רציני ונחוש ברעיון חבר הלאומים. הציבור, העיתונות, הכנסיות ותומכי השלום תמכו ברעיון, אולם הרפובליקנים חפצו בביטול הרעיון כדי לפגוע בוילסון. וילסון לא נאם בקונגרס בנוגע להסכמים, בניגוד לנאומיו של לויד ג'ורג' בפני הפרלמנט הבריטי. כך החמיץ את ההזדמנות לפייס את מתנגדיו כשהרוב בקונגרס השתנה לטובת הרפובליקנים. בצרפת, לא הצליח לשלוט בתקשורת. הצרפתים היו תקיפים ורצו להשפיע על תוצאות הוועידה.
לאחר ביקורו בבית, כשנסע לצרפת, סבל ממחלה. במהלך החודשים הבאים סבל מהידרדרות במצבו הבריאותי וביוקרתו. כשהגיע לוועידה, התברר שהאוס התפשר בנוגע לרצונותיו של וילסון בוועידה, ובכך גרם לוילסון לנסות להשיג את הישגיו הקודמים. שלח טאפט מברק לוילסון ובו הציע שלושה תיקונים לחבר הלאומים, שלטענתו יקלו על הרעיון להתקבל בקרב האירופאים: הזכות לפרוש מהחבר, אי מתן סמכות לחבר בנושאי פנים והשארת דוקטרינת מונרו על כנה. וילסון קיבל בחוסר רצון את התיקונים הללו, ובכך כבל את עצמו במשא ומתן על ההסכם בסנאט. ב-3 באפריל, חלה וילסון במהלך הוועידה. אף על פי שהבריא בתוך כמה ימים, מצבו הבריאותי המשיך להידרדר.
הסכם ורסאי כלל בתוכו את ההצעה להקים את חבר הלאומים. יפן הציעה שאמנת החבר תכלול סעיף בדבר שוויון גזעי. לוילסון דבר זה לא שינה, אולם בריטניה ואוסטריה התנגדו לכך והסעיף נפל. לאחר הוועידה, טען וילסון שהעולם מכיר באמריקה כמושיעת העולם.
עבור מעשיו בוועידה, הוענק לוילסון פרס נובל לשלום ב-1919. ג'ון מיינרד קיינס, שהתנגד לוילסון ולחבר הלאומים, טען שוילסון לא היה בריא במהלך הוועידה, ובנוסף, שלא קרא נכון את המפה האירופאית.
קרב על ההסכם.
כשהרפובליקנים שולטים בסנאט, הסיכוי להשיג רוב של שני שלישים לאישור ההסכם היו קלושים. דעת הציבור הייתה מעורבת, והרפובליקנים, הגרמנים והדמוקרטים ממוצא אירי התנגדו לכך. בפגישתו עם סנאטורים, גילה וילסון התנגדות קשה. למרות מצבו הבריאותי הקשה, החליט וילסון לנאום במדינות המערב, וקבע 29 נאומים ארוכים ונאומים קצרים רבים כדי להשיג את תמיכתו.
בתחילה, לא הבליט וילסון את הסעיף שקבע שגרמניה אשמה במלחמה, וקרא ל"שלום ללא מנצחים", אולם בפריז הוא התנגד לניסיון לרכך את ההסכם בפני גרמניה. בקיץ 1919, נאם וילסון בנוגע לאשמתה של גרמניה, וטען שההסכם העניש אותה על אחת מהעוולות הנוראיות ביותר שנעשו בהיסטוריה לעולם התרבותי, ושעל גרמניה לשלם על כך.
וילסון חווה כמה התקפי שבץ ונאלץ להפסיק את סיורו ב-26 בספטמבר 1919. בבית הלבן, הוא נותר משותק, ואשתו טיפלה בו, מנעה ממנו לשמוע חדשות רעות ולא הציגה את מלוא חומרת מצבו. הסנאטור הנרי קאבוט לודג' הוביל התנגדות להסכם בסנאט הרפובליקני, בעיקר בטענה שהחבר ייקח מהקונגרס את סמכותו להכריז מלחמה.
אמנם היה אפשרי להשיג רוב לטובת ההסכם, אולם הרוב לא היה מספק, ולא הכיל שני שלישים מהסנאטורים. גוש דמוקרטי אחד תמך בהסכמים, ואילו גוש שני תמך בהסכם אולם התנגד לכל פשרה בנוגע אליו. לודג' והרפובליקנים- הגוש הגדול ביותר – דרשו שינויים להסכם, בעיקר בנוגע לסמכות חבר הלאומים להכריז מלחמה ללא תמיכת הקונגרס. לבסוף, קבוצה של 13 סנאטורים בדלניים משתי המפלגות התנגדו להסכם באופן כללי. באמצע נובמבר 1919, לודג' והרפובליקנים שיתפו פעולה עם הדמוקרטים שתמכו בהסכם והיו קרובים להשגת הרוב המיוחס עבור הסכם עם פשרות מסוימות- אולם וילסון החולה דחה כל פשרה ודמוקרטים רבים תמכו בכך, וכך ההסכם לא אושר. השבץ של וילסון מנע ממנו לשאת ולתת עם לודג'.
נושאי חוץ אחרים.
אחד מנושאי מדיניות החוץ הראשונים של וילסון היה תגובה ליפנים לאחר שמדינת קליפורניה הציעה חקיקה שתמנע מיפנים לרכוש בעלות על אדמות במדינה. וילסון לא התלהב לאכוף את סמכותו הפדרלית במקום חקיקת המדינות. היו שחששו מפני מלחמה ורבים דרשו להפגין כוח ימי, אולם וילסון דחה זאת. לאחר חילופים דיפלומטיים הפחד חלף. יפן דרשה הסכם סחר חדש, אולם ארצות הברית סירבה לדון בכך. תחושת הכעס וההשפלה מצד היפנים נותרה גבוהה מסיבות אלו ואחרות במשך שלושים שנה.
וילסון התערב לעיתים תכופות בנושאי אמריקה הלטינית, וב-1913 טען שילמד את הרפובליקות הדרום-אמריקניות לבחור באנשים טובים. הוא התערב במקסיקו ב-1914, בהאיטי ב-1915, ברפובליקה הדומיניקנית ב-1916, בקובה ב-1917, ובפנמה ב-1918. ארצות הברית שמרה על כוחות צבאיים בניקרגואה במהלך ממשל וילסון, והשתמשה בהם כדי לבחור בנשיא ניקרגואה ולהכריח את ניקרגואה לחתום על הסכם שיאפשר לארצות הברית להתערב בענייניה. בנוסף, הצבא בהאיטי-בפקודת הממשלה-הכריח את המועצה המחוקקת של האיטי לבחור במועמד פרו-מערבי לנשיאות, על אף חוסר האהדה שזכה לה בקרב האזרחים. וילסון ציווה על כיבוש צבאי של הרפובליקה הדומיניקנית מעט לאחר שנשיאה התפטר ב-1916. הצבא עבד יחד עם בעלי אדמות עשירים כדי לעצור לוחמת גרילה מצד האיכרים כנגד הכיבוש. הכיבוש נמשך עד 1924, והיה ידוע באלימות שלו כנגד המתנגדים. בנוסף, הצליח וילסון להגיע להסכם עם קולומביה בו התנצלה ארצות הברית על מעורבותה במהפכה הפנמית ב-1903–1904. בקיץ 1914, הצליח וילסון להשיג דחייה של ביטול הפטורים מאגרה לספינות אמריקניות בתעלת פנמה. הקהל הבינלאומי תמך בנושא, כי ראה בו מאבק באפליה בסחר. העסקים טענו שהצעד היה לא פטריוטי.
לאחר שרוסיה עזבה את מלחמת העולם הראשונה לאחר פרוץ המהפכה הבולשביקית ב-1917, שלחו לשם בעלות הברית חיילים כדי למנוע השתלטות בולשביקית או גרמנית על מחסני הנשק ועל אספקה שנשלחו לשם כעזרה לממשלה הקודמת. וילסון שלח חיילים כדי לעזור ללגיונות הצ'כוסלובקיים לנטוש את מסילת הרכבת הטרנס-סיבירית, ולהחזיק בערי מפתח. למרות ההוראה לא להילחם בבולשביקים, הכוחות היו מעורבים בכמה עימותים מול הממשלה הרוסית החדשה, וזכו לטינה מצד המהפכנים הרוסים. רוב החיילים עזבו את האזור ב-1 באפריל 1920, אף על פי שחלקם נשארו שם עד 1922.
ב-1919, הנחה וילסון את מדיניות החוץ האמריקנית "להכיל" את הצהרת בלפור ללא תמיכה רשמית בציונות. וילסון הביע תמיכה במאבק היהודים, בעיקר בפולין ובצרפת.
במאי 1920, שלח וילסון הצעה לקונגרס לקבל מנדט חבר הלאומים על ארמניה. הציבור האמריקני התנגד לכך, למרות רצונו של וילסון לא לנטוש את ארמניה. רק 23 סנאטורים תמכו בהצעה.
רשימת ביקורים בינלאומיים.
וילסון ביקר פעם אחת בחו"ל בתור הנשיא הנבחר ופעמיים כנשיא. הוא היה הנשיא המכהן הראשון שנסע לאירופה, ובילה שם כמעט שבעה חודשים לאחר המלחמה (פרט לתשעה ימים בהם חזר למדינה).
נכות, 1919-1920.
בספטמבר 1919, במהלך סיבוב נאומים להשגת תמיכה בהסכם ורסאי, התמוטט וילסון. ב-1906 חווה לראשונה לחץ דם גבוה. במהלך הנשיאות, פיתח חולשה בידו ובזרועו השמאלית, כאבי ראש וראייה כפולה. ב-2 באוקטובר, חווה שבץ, ונותר משותק בצידו השמאלי, ועם ראייה חלקית בעינו הימנית. הוא היה מרותק למיטתו במשך שבועות, מבודד מכל אדם פרט לאשתו ולרופאו. במשך כמה חודשים השתמש בכיסא גלגלים ולאחר מכן במקל הליכה.