W 1945 wrócił wraz z Armią Czerwoną do Niemiec. W 1946 wraz z Otto Grotewohlem był współzałożycielem Socjalistycznej Partii Jedności Niemiec. W 1948 wybrano go na przewodniczącego prezydium Rady Ludowej Niemieckiej Republiki Demokratycznej. Następnie, w 1949, został wybrany prezydentem Niemieckiej Republiki Demokratycznej (NRD), powtórnie wybrano go w 1953 i 1957, funkcję tę pełnił do śmierci. Z racji sprawowanych funkcji mieszkał na partyjno-rządowym osiedlu kierownictwa NRD wokół Majakowskiring w Berlinie-Pankow. Pochowany na Cmentarzu Centralnym Friedrichsfelde w Berlinie.
Na jego cześć w latach 1961–1990 nazwa rodzinnego miasta była zmieniona na Wilhelm-Pieck-Stadt Guben. W 1976 Uniwersytet w Rostocku przemianowano na „Wilhelm-Pieck-Universität”. Na cześć Wilhelma Piecka został (jeszcze za jego życia) nazwany statek – był to jedyny w historii NRD żaglowiec pełnomorski, który zamierzano podarować na jego urodziny, lecz podarunku nie przyjął, uznając, iż jest on zbyt drogi. Brygantyna „Wilhelm Pieck” zwodowana w 1951 została przekazana pod zarząd „Stowarzyszenia Sport i Technika” (wschodnioniemiecki odpowiednik polskiej „Ligi Obrony Kraju”). Po zjednoczeniu Niemiec statek zmienił nazwę na „Greif” i port macierzysty na Greifswald. Przebudowany i zmodernizowany, pozostaje w służbie do dziś. Jego imieniem nazwano także m.in.