Carlos III Guilherme obteve ganhos militares nesta guerra por participar ativamente da mesma de 1702 a 1709 como oficial graduado. No início da Guerra da Sucessão Espanhola foi nomeado major-general das tropas do Círculo da Suábia, pertencentes ao exército de "Türkenlouis". Assim, participou da ocupação de Landau em 1702, onde foi ferido pela primeira vez. Em 14 de outubro combateu na Batalha de Friedlingen. Em 20 de setembro de 1703 lutou na Batalha de Höchstädt, onde cobriu com Leopoldo I de Anhalt-Dessau a retirada das tropas batidas do marechal de campo Hermann Otto II. de Limburg-Styrum. Por seus méritos foi promovido a tenente-general de campo. Ao longo da guerra combateu em 1704 sob o comando do príncipe Eugénio de Saboia na Batalha de Blenheim. Participou da ocupação da fortaleza de Landau e na defesa da Linha Bühl-Stollhofen, sendo promovido em 1705 como Generalfeldzeugmeister. A partir de então operou com o marechal de campo Thüngen no Reno e na Alsácia. Em 1707 atuou novamente na defesa da Linha de Stollhofen. A sua carreira militar ativa foi encerrada devido à morte de seu pai e posse da regência. Em 1715 foi ainda nomeado marechal de campo imperial.