w 1831 roku Vilmar został deputowanym na nowo utworzony parlament elektoratu Hesji. Jako deputowany wzywał do utworzenia uniwersytetu narodowego, zwiększenia kadry naukowej i doposażenia placówek edukacyjnych. W grudniu tegoż roku został członkiem ministerialnego komitetu ds. religii i szkolnictwa. Od października 1832 roku do kwietnia 1833 roku pracował w ministerstwie spraw wewnętrznych, był także nauczycielem w gimnazjum w Hanau, po czym, w latach 1833–1850, dyrektorem gimnazjum w Marburgu. W latach 1836–1850 był członkiem komitetu do spraw gimnazjów. Głęboko zreformował gimnazja w Hesji, a zwłaszcza nauczanie religii. Swoje poglądy na ten temat przedstawiał w założonym przez E. W. Hengstenberga piśmie „Evangelische Kirchenzaitung”. W 1850 przeniósł się do ministerstwa spraw wewnętrznych jako radca konsystorza, a w latach 1851–1855 wykonywał obowiązki wiekowego superintendenta Ernsta. W 1855 roku Ernst zmarł i Vilmar został obrany jego następcą, wybór jednak nie został zatwierdzony przez księcia elektora. 27 października tegoż roku został profesorem teologii na Uniwersytecie w Marburgu. Jako profesor teologii Vilmar szybko osiągnął duże znaczenie.