I 1610 blev han af kurfyrst Maximilian I af Bayern udnævnt til hærchef og fik til opgave at reorganisere den bayerske hær. Hans træning af hæren bestod især i at indføre det spanske "tercio"-system med musketerer støttet af dybe formationer af pikenerer. Da trediveårskrigen brød ud, blev han udpeget som chef for Den Katolske Ligas styrker i Bayern med rang af feltmarkal, og han ledede kampen mod de (protestantiske) bøhmiske oprørere fra 1620. Med en hær på 25.000 mand drog han mod nord og vandt en afgørende sejr i Slaget ved Det Hvide Bjerg nær Prag over den bøhmiske hær under kong Frederik 5. (af Pfalz, "Vinterkongen") 8. november 1620. På kun to timer brød hans disciplinerede tropper gennem fjendens rækker, og halvdelen af den bøhmiske hær blev enten dræbt eller taget til fange, mens Tilly blot mistede 700 mand. Herefter rykkede han ind i Prag og satte en foreløbig stopper for alle ønsker om uafhængighed i det område, der i dag er republikken Tjekkiet.