Воевал в 9-й Гвардейской истребительной дивизии, которой командовал А. И. Покрышкин. Член &lt;a href="%D0%9A%D0%9F%D0%A1%D0%A1"&gt;ВКП(б)/КПСС&lt;/a&gt; с 1943 года. В апреле 1944 года гвардии капитан был назначен командиром эскадрильи, под его руководством лётчики совершили 793 боевых вылета, провели 53 успешных воздушных боя, отлично выполнили боевые задания в боях при Ясской операции и на 1-м Украинском фронте. Особо отмечено его участие в Новороссийско-Таманской наступательной операции (Приказ подразделения № 46492856 от 27.06.1945). К концу войны командир эскадрильи гвардии капитан Вильямсон совершил 382 боевых вылета, в шестидесяти шести воздушных боях лично сбил восемнадцать и в составе группы шесть самолётов противника. Последнюю победу одержал в небе над Берлином 28 апреля 1945 года. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 27 июня 1945 года гвардии капитану Вильямсону Александру Александровичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда» (№ 7875). 24 июня 1945 года участвовал в историческом Параде Победы на Красной площади в Москве.