Under krigen med Frankrig forsøgte Vilhelm at forbedre sin position ved at gifte sig i 1677 med sin første fætter Mary, den ældste overlevende datter af hertugen af York, senere kong James II af England (James VII af Skotland). Mary var elleve år yngre end ham, og han forventede modstand mod en Stuart-kamp fra Amsterdam-handlerne, der ikke havde kunne lide sin mor (en anden Mary Stuart), men Vilhelm troede, at gifte sig med Mary ville øge hans chancer for at lykkes til Karls kongeriger og ville trække Englands monark væk fra hans pro-franske politikker. James var ikke tilbøjelig til at samtykke, men Charles II pressede sin bror til at acceptere. Charles ønskede at bruge muligheden for ægteskab til at få indflydelse på forhandlinger om krigen, men Vilhelm insisterede på, at de to besluttede at være adskilt.
Han giftede sig i 1677 med sin fætter Mary.