Stadholder
En 1671, il devient clair que Louis XIV de France et Charles II d’Angleterre préparent une attaque conjointe contre les Provinces-Unies, et les demandes de nomination de Guillaume comme capitaine général deviennent insistantes. Il est nommé en février 1672, bien qu’au début avec une autorité très limitée. En mars et avril, Charles et Louis déclarent la guerre, et en juin, les troupes françaises traversent le Rhin et envahissent trois provinces en autant de semaines. La marine néerlandaise parvient à contenir les Anglais, mais l’armée a été négligée et est mal entraînée et mal équipée. En dernier recours, les polders, ou zones basses, furent inondés, et Guillaume, avec ses quelques troupes non aguerries, se retrouva à défendre la « ligne d’eau ».
La panique éclata dans le pays, et l’on réclama avec colère l’élévation du prince au stadholderate. Les quelques dissidents sont passés outre, et le 8 juillet (nouveau style), il est proclamé stadholderate par les États généraux, ratifié ensuite par les domaines provinciaux des provinces occupées. L’un de ses premiers actes, accompli avec l’approbation des États, fut de refuser les conditions de paix ruineuses proposées par les deux rois. Les troubles civils n’étaient cependant pas terminés. Le 20 août, Johan de Witt et son frère, injustement soupçonnés de trahison, sont assassinés par une foule en furie à La Haye. William n’était nullement impliqué dans ce crime et fut furieux lorsqu’il l’apprit, mais, en raison du nombre des meurtriers et peut-être de la situation révolutionnaire générale, il ne parvint pas à les traduire en justice.
En quelques semaines, le pays se calma et pendant un an, il tint bon presque seul. À l’automne 1672, Guillaume avait obtenu l’aide de l’empereur du Saint-Empire romain germanique Léopold Ier et de l’électeur de Brandebourg, et en 1673, l’Espagne a rejoint l’alliance, mais leur aide n’a pas été immédiatement efficace. Pendant ce temps, Guillaume reconstruit régulièrement son armée et, en septembre 1673, il reprend la forteresse clé de Naarden. Il pénètre ensuite rapidement dans le territoire de Cologne, joint ses forces à celles de l’empereur et, le 12 novembre, prend Bonn. Les Français, menacés d’encerclement, évacuent précipitamment les Provinces-Unies. Charles II et les alliés mineurs de Louis sont contraints de faire la paix au début de l’année 1674. L’aventure hollandaise de Louis avait échoué et avait retourné la moitié de l’Europe contre lui, mais il tenait encore de nombreuses places en Allemagne et dans les Pays-Bas espagnols, de sorte que la guerre se poursuivit et s’étendit à des régions plus éloignées du continent. La principale préoccupation de Guillaume pendant les quatre années suivantes est le commandement des armées néerlandaises en Flandre, bien que les affaires intérieures néerlandaises et les tentatives répétées de trouver une formule de paix acceptable occupent une grande partie de son temps. La paix fut finalement conclue par une série de traités en 1678 et 1679.