Gdy w 1861 w Stanach Zjednoczonych wybuchła wojna secesyjna, Willich od samego początku aktywnie werbuje niemieckich imigrantów w płd.-zach. regionie Ohio i jako adiutant w stopniu porucznika wstępuje do składającego się głównie z niemieckich imigrantów 9 ochotniczego pułku piechoty Ohio. Już po miesiącu zostaje awansowany na majora. Z pułkiem walczy w zachodniej Wirginii w zwycięskich bitwach: pod Rich Mountain (11.07.1861) oraz Carnifex Ferry (10.09.1861). W dniu 24.08.1861 gubernator Oliver P. Morton mianuje go pułkownikiem i dowódcą 32 ochotniczego pułku piechoty Indiany, kolejnego „niemieckiego” oddziału w armii Unii. Wyróżnia się w bitwach pod Rowlett’s Station (17.12.1861) i pod Shiloh (6-7.04.1862). W dniu 17.07.1862 otrzymuje stopień generała brygady ochotników ("United States Volunteers – USV") i stanowisko dowódcy 6 Brygady składającej się z 4 pułków piechoty, w tym jego 32 pułk Indiana. W bitwie pod Stones River (31.12.1862-2.01.1863) dostaje się do niewoli konfederatów i trafia do sławnego więzienia Libby w Richmond. Po 4 miesiącach zostaje wymieniony i ponownie obejmuje swoją brygadę, uczestnicząc w kolejnych bitwach: pod Liberty Gap (25.07.1863), Chickamauga (18-20.09.1863), Missionary Ridge (24.11.1863) i pod Resaca (15.05.1864), gdzie został ciężko ranny. Nie wraca już do linii i pełni w armii funkcje administracyjne. Za zasługi otrzymuje stopień generała majora i w 1866 r. zostaje honorowo zwolniony z armii. Pracuje w Hamilton, a w 1870 wyjeżdża do Belina, gdzie bezskutecznie oferuje kanclerzowi Bismarckowi swoje usługi podczas wojny francusko-pruskiej 1870-1871. Ostatecznie osiada w St. Marys w stanie Ohio, pozostaje aktywny politycznie występując w obronie robotników. Umarł w 1878.