Hoewel Wolterbeek naar Parijs werd gezonden om hulde aan Napoleon te bewijzen, voelde hij er weinig voor om onder Frankrijk dienst te doen en vroeg, onder voorwendsel van gezondheidsredenen, zijn ontslag uit de dienst. Ook een aanbod om benoemd te worden tot schout-bij-nacht sloeg hij af. Hij ging weer aan de slag op het landgoed Bronkhorst en zich aan de landbouw wijden. Eind 1813, onder Koning Willem I, trad hij weer in dienst. Hij werd toen belast met de overname van het marinematerieel te Nieuwe Diep van admiraal Ver Huell. Op 11 juni 1814 werd hij bij een nieuw opgericht marinekorps "commandant van de brede wimpel." Bij de terugkeer van Napoleon uit Elba werd Wolterbeek benoemd tot commandant van een flottielje op de rivier voor Gorinchem, Willemstad en Hellevoetsluis en vertrok op 16 maart 1817 met zijn linieschip "Tromp" naar Oost-Indië ter opvolging van zijn benoeming van commandant der zeemacht aldaar. Onderweg werd hij bevorderd tot schout-bij-nacht. In Indië aangekomen werd hij benoemd tot commissaris ter overneming van het schiereiland Malakka van de Engelsen. Deze moeilijke taak werd door Wolterbeek met veel beleid en onder vele moeilijkheden met Engeland ten uitvoer gebracht. Op 13 februari 1819 werd Singapore door de Engelsen bezet. Harde maatregelen werden echter door Wolterbeek ontraden en het einde was dat op zijn advies Malakka werd geruild tegen Padang en Benkoelen, die nog in Engelse handen waren.