Wolterbeek werd in december 1794 als eerste officier aan boord van het schip "Brakel" naar Oost-Indië gezonden ter begeleiding van een konvooi koopvaardijschepen. Er werd, doordat in Nederland de omwenteling was uitgebroken, in Plymouth embargo op de schepen gelegd, dat in 1796 eindigde met finale confiscatie der schepen, terwijl de equipage krijgsgevangen werd gemaakt. Wolterbeek werd echter op parool ontslagen en vertrok naar Nederland. Na ernstige overwegingen ging hij bij het nieuwe korps van zeeofficieren van de Bataafse Republiek over. Omdat hij nog op parool was kreeg hij het bevel over het wachtschip te Amsterdam en werd benoemd in een commissie om de verdediging der kusten van Hoek van Holland tot Texel en het Vlie te regelen. In 1799 werd hij op 33-jarige leeftijd bevorderd tot kapitein-ter-zee en belast met het commando over het linieschip "Joan de Wit". Dit schip behoorde tot het eskader onder viceadmiraal de Winter, later onder viceadmiraal Hartsinck en Wolterbeek bewees verschillende diensten tot 1802. Omdat er geen geregelde wetenschappelijke opleiding voor adelborsten bestond kreeg Wolterbeek de opdracht er een te stichten. In 1803 werd het fregat "Euridice" daarvoor als opleidingsschip aangewezen en Wolterbeek daarover als commandant aangesteld. Later werd de Utrechtse hoogleraar J.F.L. Schröder als directeur van de studies benoemd.