Chociaż mógł uniknąć służby wojskowej w czasie wojny, zaciągnął się do Korpusu Medycznego i został wcielony do Garnizonu Artylerii. Hałas dział, jakiego długotrwale doświadczał, odbił się później na jego zdrowiu – była to prawdopodobna przyczyna jego głuchoty w starszym wieku.

I wojna światowa Wydarzenia wojenne wpłynęły na jego twórczość. Przez pewien czas jego utwory charakteryzował nieco mistyczny styl, cechuje on nawiązującą do jego doświadczeń jako wolontariusza ambulatoryjnego III Symfonię „Pastoralną”. Innym dziełem pisanym w tym stylu jest Flos Campi na solową altówkę, orkiestrę i potraktowany kolorystycznie chór.

W 1924 roku rozpoczął się nowy okres w jego twórczości. Kluczowymi dziełami są Toccata marziale, Koncert fortepianowy, oratorium Sancta Civitas oraz balet Hiob (ang. Job: A Masque for Dancing) inspirowany ilustracjami Williama Blake'a do Księgi Hioba i nawiązujący do charakterystycznej dla angielskiej barokowej formy tanecznej – maski. Okres ten swoją kulminację osiąga w IV Symfonii f-moll, po raz pierwszy wykonanej w 1935 roku przez BBC Symphony Orchestra.

W 1935 roku Williams został odznaczony brytyjskim Orderem Zasługi (Order of Merit).