W 1950 roku przeniósł się do Warszawy wraz z redakcją „Twórczości”. Był konsultantem literackim Domu Wojska Polskiego. W latach 1950–1958 był redaktorem tygodnika „Nowa Kultura”. Od 1958 roku był kierownikiem literackim zespołu filmowego. Podróżował między innymi w 1956 roku do ZSRR i Indii, a od roku 1958 kilkakrotnie do Bułgarii i w 1961 do USA.

Przyjaźnił się z Zofią Nałkowską, która wyznaczyła go na jednego z czterech kuratorów swojej spuścizny.

Zmarł nagle, 2 lipca 1965 w Warszawie. Według rodziny i biografa Janusza Termera powodem był zawał mięśnia sercowego. Przyjaciele Macha ze środowisk literackich, m.in. Marek Nowakowski i Kazimierz Brandys, wspominali jednak, że pisarz popełnił samobójstwo za pomocą trucizny i że wcześniej opowiadał im o planach otrucia się. Z ich wspomnień wyłania się również obraz udręczonego homoseksualisty, który musiał ukrywać swoje życie prywatne i nie mógł znaleźć prawdziwej miłości, ciągle narażony na homofobiczne ataki . Został pochowany na cmentarzu Wojskowym na Powązkach (kwatera C 2-6-8).

Twórczość Wilhelm Mach w swojej twórczości zajmował się głównie problematyką psychologiczną i przemianami moralnymi w życiu i świadomości wsi polskiej.