1970 arbeitete Williams mit dem italienischen Sportwagenhersteller De Tomaso zusammen, der sich zu einem Formel-1-Engagement entschlossen hatte. De Tomaso stellte die von Giampaolo Dallara konstruierten Fahrzeuge her, während Williams den Rennbetrieb organisierte. Beim Großen Preis der Niederlande in Zandvoort kam Williams' Pilot Courage bei einem schweren Unfall infolge eines Bruchs der Aufhängung ums Leben. Mangels Erfolgen zog sich De Tomaso Ende 1970 wieder aus der Formel 1 zurück. 1971 setzte Williams auf ein March-Kundenchassis, das er für den Franzosen Henri Pescarolo für den Rennbetrieb vorbereiten ließ. Im Folgejahr setzte er sogar zwei Autos mit March-Chassis und Ford-Motoren ein, hatte zur Mitte der Saison aber auch sein erstes eigenes Chassis namens FX3 entwerfen lassen, das Pescarolo bereits beim ersten Test zerstörte. Für 1974 erhielt Williams erstmals Unterstützung durch einen Großsponsor: Der amerikanische Tabakkonzern Marlboro finanzierte Williams' Entwürfe, deren Titelsponsor die italienische Automarke Iso war. Nachdem sich aber auch diesmal kein Erfolg einstellte, tat sich Williams Ende 1975 mit dem austro-kanadischen Geschäftsmann Walter Wolf zusammen, der durch Ölgeschäfte zu Reichtum gelangt und bereit war, Millionen in die Formel 1 zu investieren. Wolf kaufte sich bei Williams ein und benannte den Rennstall zu Beginn der Formel-1-Saison 1976 in Walter Wolf Racing um.