Im Russisch-Österreichischen Türkenkrieg (1736–1739) kommandierte er zunächst ein österreichisches Korps und wurde kurz darauf zum Feldmarschall befördert. Im letzten Kriegsjahr führte er den Oberbefehl über die Armee und erlitt am 22. Juli 1739 in der Schlacht bei Grocka eine schwere Niederlage. Nur Wochen später verlor Österreich im Frieden von Belgrad große Territorien sowie Belgrad an das Osmanische Reich. Wallis wurde als einer der Hauptschuldigen der Niederlage angesehen und nach dem Urteil eines Kriegsgerichtes zusammen mit anderen Generälen am 22. Februar 1740 in der Festung Spielberg bei Brünn inhaftiert. Nach dem Tode Kaiser Karls VI. wurde er jedoch im November desselben Jahres von Maria Theresia begnadigt. Danach verbrachte er die letzten Jahre bis zu seinem Tod am 19. Dezember 1744 auf seinen Gütern, wobei er jedoch oft zu militärischen Beratungen in Wien herangezogen wurde. Der Krieg gegen die Türken hatte seinen glänzenden militärischen Ruf jedoch nachhaltig beschädigt, was sich auch in der Beurteilung späterer Historiker niederschlug.