Als Napoleons Franzosen im November 1806 Kurhessen besetzten, folgte Wilhelm seinem Vater ins Exil nach Holstein und Prag. 1809 ging er für längere Zeit nach Berlin, wo er 1812 seine bis an ihr Lebensende anhaltende Liebesbeziehung mit Emilie Ortlöpp (1791–1843) begann. 1813 nahm er, schon seit 1804 ehrenhalber mit dem Rang eines preußischen Generalleutnants ausgestattet, im Korps des preußischen Generals Yorck an den Kämpfen gegen Napoleon teil, wobei er jedoch keine gute Figur abgab. Nachdem die französische Besatzung im Oktober 1813 durch russische Truppen aus Kassel vertrieben worden war, zog Kurprinz Wilhelm am 30. Oktober 1813 nach Kassel ein und erließ den "Aufruf an die Hessen" zum Kampf gegen Frankreich. Nach der Rückkehr seines Vaters an die Spitze des restituierten Kurfürstentums übernahm Wilhelm im März 1814, im Range eines Generals der Infanterie, den Oberbefehl über die kurhessischen Truppen. Aber bei der von ihm befehligten Belagerung der Festungen Metz und Luxemburg agierte er wenig ruhmreich, so dass er und die kurhessische Armee im Feldzug von 1815 nicht mehr verwendet wurden.