Od 1852 do 1855 roku, w stopniu porucznika (niem. Premierlieutenant), służył w Wydziale Topograficznym Wielkiego Sztabu Generalnego. Następnie awansował na kapitana (niem. Hauptmann) i w 1856 roku przydzielony został do sztabu VIII Korpusu Armijnego. W 1858 roku został dowódcą, w stopniu rotmistrza (niem. Rittmeister), eskadronu który wchodził w skład 2. Pułku Dragonów. W trakcie mobilizacji związanej z wybuchem wojny francusko-austriackiej w 1859 roku został oficerem sztabowym zmobilizowanej 3. Dywizji Kawalerii oraz otrzymał awans na majora. W następnym roku otrzymał przydział do sztabu Dywizji Kawalerii Gwardii.
Wraz z wybuchem wojny duńskiej znalazł się w 13. Dywizji Piechoty, z którą uczestniczył w walkach o wyspę Als. W trakcie wojny awansował na podpułkownika (niem. Oberstlieutenant), a po jej zakończeniu powrócił do sztabu Dywizji Kawalerii Gwardii. W 1866 roku został dowódcą 3. Pułku Dragonów. Na czele pułku brał udział w bitwach pod Mnichovym Hradištěm i Sadową. Jeszcze w 1866 roku otrzymał stopień pułkownika (niem. Oberst). W trakcie wojny z Francją pułk Willisena walczył w bitwie pod Gravelotte i w oblężeniu Metzu.