1733 wurde er Hauptmann im baden-badischen Regiment „Alt-Baden“ des Ludwig Georg von Baden-Baden (siehe auch Badische Armee). Er zog in den polnischen Erbfolgekrieg, wo er 1734 mit den kaiserlichen Truppen des Prinzen Eugen kämpfte, die versuchten den französischen Belagerungsring um die Festung Philippsburg zu sprengen. Im Folgejahr kämpfte er in Norditalien und 1736 in Ungarn und dem Balkan, wo er am österreichischen Türkenkrieg teilnahm. 1741 verließ er die österreichische Armee und trat in die Dienste des Königs von Sardinien-Piemont, Karl Emanuel III., der in diesem Krieg mit Österreich verbündet war. Nach dem Tod der verwitweten baden-durlachischen Markgräfin Magdalena Wilhelmine trat er 1743 vorübergehend an deren Stelle in die vormundschaftliche Regierung der Markgrafschaft ein, die sein Bruder Karl August von Baden-Durlach leitete. Bereits 1744 ging Karl Wilhelm Eugen jedoch wieder zu seinem Regiment. Im Oktober 1744 wurde er bei Cuneo schwer verwundet. 1745 wurde er vom sardischen König zum Brigadier, 1749 zum Generalleutnant und schließlich 1771 zum Generalfeldzeugmeister ernannt.