W 1940 r. brał udział w kampanii francuskiej, a w 1941 r. w kampanii bałkańskiej. Na początku wojny przeciwko Związkowi Radzieckiemu jego korpus podporządkowano 1 Armii Pancernej, wchodzącej w skład Grupy Armii Południe. Von Wietersheim wziął udział m.in. w bitwie pod Humaniem i w bitwie o Kijów. Zimą 1941/42 jego korpus bronił pozycji na rzece Mius na wschodniej Ukrainie. 21 czerwca 1942 r. Korpus został przemianowany na XIV Korpus Pancerny i podporządkowany niemieckiej 6 Armii w sierpniu 1942 r. podczas bitwy pod Stalingradem. W połowie września 1942 r. von Wietersheim został zdymisjonowany przez Hitlera, ponieważ ponownie zaproponował rezygnację z ataku na Stalingrad, w związku z czym musiał opuścić XIV Korpus Pancerny w ciągu dwudziestu czterech godzin. Jego następcą został generał Hans-Valentin Hube. Wietersheim został przeniesiony do rezerwy. Wiosną 1945 roku dobrowolnie zaciągnął się do Volkssturmu.