בשנת 1605 מת אביו יוהאן השני, דוכס סקסוניה-ויימאר, ואחיו יוהאן ארנסט הראשון, דוכס סקסוניה-ויימאר עלה לשלטון במקומו. עם פרוץ מלחמת שלושים השנים הצטרף יוהאן ארנסט לפרוטסטנטים, ואף השתתף בקרב ההר הלבן. בשנת 1620 מונה וילהלם לעוצר במקומו, ולאחר שנהרג יוהאן ארנסט בהונגריה בשנת 1626 עלה וילהלם לשלטון במקומו. לאחר מותו של גוסטב השני אדולף, מלך שוודיה, נשא ונתן וילהלם עם פרדיננד השני, קיסר האימפריה הרומית הקדושה, ובשנת 1635 חתם עמו על הסכם פראג. בשנת 1638 מת יוהאן ארנסט, דוכס סקסוניה-אייזנך, ונחלותיו עברו ביקר לדוכסות סקסוניה-ויימאר. בשנת 1640 פוצלה הדוכסות בין שלושת האחים; וילהלם, דוכס סקסוניה-ויימאר, אלברכט הרביעי, דוכס סקסוניה-אייזנך, וארנסט הראשון, דוכס סקסוניה-גותה. בשנת 1644 מת אלברכט ללא בנים, והנחלה חולקה בין אחיו.