В 1754 году Вилим фон Дезин поступил в Морской кадетский корпус, который окончил в 1757 году с производством в чин гардемарина. В 1754-1758 годах ежегодно плавал из Кронштадта в Архангельск и обратно. В 1758 году он был произведен в чин мичмана. В следующем году фон Дезин находился при описи Прусских и Померанских островов. В 1760-1761 годах участвовал в Кольбергской экспедиции в качестве адъютанта начальника русского морского десанта капитана 1-го ранга Г. А. Спиридова. В 1762 году произведен в первый офицерский чин унтер-лейтенанта. В 1764 году произведен в чин в лейтенанта. В 1769 году на 66-пуш. корабле «Евстафий Плакида» под командованием капитана 1-го ранга А. И. фон Круза совершил переход в Средиземное море в составе эскадры адмирала Спиридова. 30 июля произведен в чин капитан-лейтенанта. В том же году участвовал в Морейской экспедиции и затем был переведен на флагманский корабль «Трех Иерархов» под командованием капитана бригадирского ранга С. К. Грейга, на котором участвовал 25 июля 1770 года в Чесменском бою. Затем командовал 16-пушечным фрегатом «Св. Павел», после чего вступил во временное командование флагманским кораблем «Трех Иерархов», сдав который в 1771 году, остался на том же корабле в должности казначея при главнокомандующем графе А. Г. Орлове-Чесменском. 24 июня того же года фон Дезин был произведен в чин капитана 2-го ранга. Участвовал 2 ноября в десантной вылазке, при атаке крепости на острове Митилене. В 1772 году командуя кораблем «Всеволод», крейсировал в эскадре контр-адмирала А. В. Елманова, которая пошла для поиска от Аузы до Дарданелл, где и заняла станцию. Командуя фрегатом «Северный Орел» возглавлял небольшую эскадру из трех фрегатов, пакетбота и полаки, отряженную для поиска турецких судов. Крейсируя в Самосском канале, ограничился лишь взятием нескольких незначительных призов. 16 июля 1773 года вместе со своими судами вошел в состав отряда контр-адмирала А. В. Елманова, перед которым стояла задача атаковать крепости Бодрум и Станчио, сделать всевозможный вред берегам и вывести из-под Бодрума стоявшие там фрегаты; но эта экспедиция оказалась очень неудачной.
После заключения Кучук-Кайнарджийского мира фон Дезин вернулся обратно в Россию и был назначен в 1776 году командиром 66-пушечного корабля «Европа». 7 июля того же года произведен в чин капитана 1-го ранга и назначен в комиссию для разбора журналов, планов и карт архипелагской экспедиции и для составления по ним исторического описания. 10 октября 1778 года фон Дезин был назначен начальником 8-й эскадры, состоящей из кораблей «Слава России», «Благополучие» и «Твердый», фрегатов «Мария», «Александр» и «Воин». В 1779 году фон Дезин плавал в Балтийском море, командуя эскадрой в составе кораблей «Царь Константин», «Благополучие» и «Твердый», фрегатов «Мария», «Александр» и «Воин». В 1780 году командовал эскадрой в составе 66-пушечных кораблей «Не тронь меня» и «Иануарий» и пинков «Евстафий» и «Кола». Эта эскадра должна была плавать к Нордкапу и до Белого моря, охранять торговлю и уничтожать каперов. Эскадра только 10 июня пошла по назначению, 23 июля начала свое крейсерство, а 13 августа пинки, по случаю увеличения числа больных и по имеющейся у них течи, пошли к отечественным портам. Через 5 дней корабли тоже ушли к своим портам, причем «Иануарий» сломал грот-мачту и был вынужден зимовать и чиниться в Бергене. 9 сентября «Евстафий» погиб у берегов шотландского острова Грофкерри, а «Кола», имея 3 умершими и 17 человек сильно больными, 2 октября пришел в Копенгаген, где тоже зазимовал. 23 сентября фон Дезин со своим кораблем пришел в Копенгаген, не имея никаких известий о судах его эскадры, и, воспользовавшись тем, что эскадра контр-адмирала А. И. фон Круза возвращалась в Кронштадт, присоединился к ней, куда и пришел 17 октября, растеряв свои суда по дороге, за что и получил выговор от Адмиралтейств-коллегии, в котором еще ставилось ему на вид, что «в присланном рапорте пропущено число больных и время, когда рапорт писан». 7 июня 1782 года был назначен был командовать судами Азовской флотилии под командованием адмирала А. Н. Сенявина. 28 июня того же года произведен в чин капитана генерал-майорского ранга. 14 июля Виллем фон Дезин был перечислен в чин контр-адмирала. 22 сентября 1787 года произведен в вице-адмиралы.
