Такой человек не мог долго находиться на вторых ролях. Ему не доставало только удобного случая, чтобы стать во главе республики. Такой случай представился в 1672 г., когда началась война с Францией. Сначала Генеральные Штаты назначили Вильгельма на должность генерал-капитана. Вскоре тяжёлые поражения и неудержимое нашествие французов произвели переворот в умах голландцев: все надежды возлагались теперь только на принца Оранского. Вследствие волнений, вспыхнувших во многих городах, Вильгельм в июле был провозглашен штатгальтером. В августе восставшая чернь убила в Гааге Яна Витта и его брата. Если Вильгельм и не был прямым вдохновителем этих событий, он, несомненно, всецело их одобрил. Все государство подчинилось воле молодого штатгальтера. Он застал страну уже под властью французов, а голландскую армию – оттесненной за линию плотин. Оставалось последнее средство остановить врага, и Вильгельм не колеблясь воспользовался им – он приказал открыть шлюзы и пустил против захватчиков море. Осенью голландцы перешли от обороны к наступательным действиям, проникли до самого Маастрихта, затем вторглись во Францию и осадили Шарльруа. Брауншвейгский курфюрст и император Леопольд заключили с Голландией союз. Появление имперской армии на Рейне заставило Людовика XIV разделить свои войска. Вслед за тем войну против Франции начал испанский король. В 1673 г. французы были вытеснены из Нидерландов. Англо-французский флот после ожесточённой битвы при мысе Гельдера должен был отступить от голландских берегов. Эти победы принесли Вильгельму огромную популярность. Он был объявлен наследственным штатгальтером и генерал-капитаном Голландии, Зеландии и Утрехта. Война переместилась в испанскую Бельгию. Летом 1674 г. Вильгельм во главе испанских и голландских войск дал сражение французскому полководцу принцу Конде у Сенефа, близ Девена. После сильного кровопролития победа, хотя и неполная, осталась за французами. Вильгельм отказался от намерения вторгнуться во Францию и отступил. В следующем году французы овладели всей линией Мааса – взяли крепости Гюи, Люттих и Лимбург. В 1676 г. Вильгельм не смог спасти испанских крепостей Бушена и Конде, осаждённых самим Людовиком XIV. Он хотел отомстить за это взятием Маастрихта, но принужден был отступить от него. Знаменитый голландский адмирал Рюйтер, отправившийся с эскадрой в Средиземное море, был там наголову разбит адмиралом Дюкеном и сам пал в бою. В 1677 г. французы овладели Валансьеном, Камбре и Сент-Омером. Вильгельм попытался освободить последний город, но был разбит при Монкасселе. В 1678 г. он заключил в Амстердаме мир. Людовик вернул Голландии Маастрихт, а Вильгельму – княжество Оранское. Таким выгодным условиям мира много способствовала женитьба Вильгельма на Марии, дочери герцога Йоркского (будущего английского короля Иакова II). Этот брак был основан на чистом политическом расчете и, тем не менее, оказался удачным. Правда, вначале Вильгельм не мог похвастаться супружеской верностью. Но Мария переносила свои огорчения с кротостью и терпением, и постепенно приобрела любовь и расположение мужа. Амстердамский мир не мог быть долгим. В 1681 г. Людовик овладел Страсбургом. После этого Вильгельм и шведский король Карл XI подписали в Гааге союзный договор, направленный против Франции. Император и испанский король вскоре присоединились к этому союзу. В 1686 г. союз был оформлен в Аугсбургскую лигу.
В это время судьба предоставила Вильгельму случай значительно расширить своё могущество. В июне 1688 г. он получил формальное приглашение из Англии, от лидеров тори и вигов, занять английский престол. Ему писали, что девятнадцать из двадцати англичан жаждут перемен и охотно соединятся для свержения Иакова. Авторы письма обещали принцу полный успех, если он явится в Англию во главе отряда в 10 тысяч человек. Вильгельм немедленно стал готовиться к походу. Очень важно было повернуть в свою сторону общественное мнение. Вильгельм заранее позаботился об этом составлением манифеста, каждое слово которого было продумано и имело вес. Он объявил, что выступает в защиту английских законов, постоянно нарушаемых нынешним королём, и в защиту веры, подвергаемой столь явному притеснению. Он клятвенно уверял, что у него нет никакой мысли о завоевании и войско его будет удерживаться строжайшей дисциплиной. Как только страна освободится от тирании, он отошлет войска назад. Единственная цель его – созыв свободно и законно избранного парламента. На рассмотрение этого парламента он обещал предоставить все общественные дела.