Команда Scuderia Ferrari заинтересовалась Вилли Мэрессом, и в 1960 ему была предоставлена возможность участвовать в Targa Florio, где он стал четвёртым. Тогда же начались и выступления Мэресса в Формуле-1. На Гран-при Италии 1960 года бельгиец стал третьим. Кроме того, Вилли одержал первую победу в Tour de France Automobile.
В 1961 Вилли Мэресс одержал несколько побед в Gran Turismo, стал вторым в Ле-Мане вместе с Майком Парксом. В Формуле-1, однако, он успехов не добился. После аварии Мэресса на Гран-при Германии встал вопрос о продолжении карьеры бельгийца, но победа в Tour de France Automobile обеспечили Вилли место тест-пилота — из Scuderia Ferrari ушёл Ричи Гинтер.
1962 сезон начался для Вилли Мэресса отлично: он выиграл Гран-при Брюсселя и Неаполя, а затем — Targa Florio. Эту гонку Мэресс выиграл вместе с давним соперником — Оливье Жендебьяном. Но уже на Гран-при Бельгии Вилли попал в аварию и получил ожоги, из-за которых пропустил три последующие гонки. В итальянском Гран-при Мэресс стал четвёртым.
В 1963 Мэресс продолжил выступать за Ferrari и стал в Targa Florio вторым, но после инцидента на Гран-при Германии был уволен из команды.
Вилли присоединился к Equipe National Belge, за которую в 1964 выиграл Гран-при Анголы, в 1965 — 500 километров Спа. В 1966 Мэресс стал вместе с Гербертом Мюллером победителем Targa Florio уже во второй раз.
В 1968, участвуя в 24 часах Ле-Мана на Ford GT40, Вилли Мэресс попал в аварию был травмирован. Полностью восстановиться ему не удалось, и в 1969 Мэресс, оставшийся без шансов вернуться в гонки, покончил жизнь самоубийством.