Уилям Пейлс постъпва на служба в USAF през 1974 г. В продължение на една година преминава курс на обучение за пилот на спасителен самолет НС-130. От декември 1975 до юли 1980 г. е пилот в USAF, първоначално в авиобазата Маклилън, Калифорния, а след това и в Уудридж, Съфолк, Великобритания. От януари до декември 1982 г. е на служба във въздушното командване на САЩ в Илинойс. От 2002 г. е инструктор в програма за повишаване на квалификацията на офицерския корпус.
Служба в НАСА
Уилям А. Пейлс е избран за астронавт от НАСА през август 1982 г., Астронавтска група MSE-2. Той е взел участие в един космически полет.