במהלך המלחמה עם צרפת, ויליאם ניסה לשפר את מעמדו על ידי נישואיו ב-1677, עם בת דודתו הראשונה מרי, בתו הבכורה של הדוכס מיורק, מאוחר יותר המלך ג'יימס השני של אנגליה (ג'יימס השביעי של סקוטלנד). מרי הייתה צעירה ממנו באחת עשרה שנים והוא ציפה להתנגדות של סוחרי אמסטרדם, שלא אהבו את אמו (מרי סטוארט אחרת), אך ויליאם האמין כי נישואיה עם מרי יגדיל את סיכוייו להצליח בממלכותיו של צ'ארלס, וימשוך את המלך האנגלי מרשמותיו הפרו-צרפתיות. ג'יימס לא היה נוטה להסכים, אך צ'ארלס השני לחץ על אחיו להסכים. צ'ארלס רצה להשתמש באפשרות של נישואין כדי להשיג השפעה במשא ומתן הנוגע למלחמה, אך ויליאם התעקש ששניהם החליטו להתחתן בנפרד. צ'ארלס הסכים, והנרי נישא את בני הזוג ב-4 בנו
נישואיו, בשנת 1677, בת דודתו הראשונה מרי