W czerwcu 1859 Wilhelm Wirtemberski brał udział w bitwie pod Magentą oraz pod Solferino. Został odznaczony orderem Pour le Mérite. 8 lutego 1864 został mianowany na stopień generała majora. W czasie wojny prusko-austriackiej w 1866 roku był książę Wilhelm przypisany ze swoją brygadą do armii północnej i walczył w bitwie pod Sadową. Po zakończeniu kampanii przeszedł ze swoją brygadą do Triestu. W 1869 roku mianowany został komendantem 11 Dywizji Piechoty w Pradze. 29 października 1869 roku awansowany został na stopień marszałka polnego porucznika. Książę Wilhelm uczestniczył także w wojnie francusko-pruskiej oraz wojnie rosyjsko-tureckiej. 20 sierpnia 1878 został mianowany na stopień zbrojmistrza polnego.