Wilhelm Wirtemberski uczęszczał do publicznej szkoły we Wrocławiu. Po studiach w Genewie, Bonn i w innych uczelniach, wstąpił w 1848 jako porucznik do armii austriackiej – pułku piechoty cesarza Franciszka Józefa I nr 1 w Wiedniu. W wojnie austriacko-piemonckiej w marcu 1849 był kilkakrotnie ranny. W uznaniu jego odwagi został awansowany przez feldmarszałka Josepha Radetzky'ego na kapitana w Pułku Piechoty Nr 45. W 1853 został majorem, w latach 1857 i 1859 podpułkownikiem i pułkownikiem. Do 1863 był komendantem Pułku Piechoty Nr 27.