В конце 1796 года он должен был с пятью кораблями прибыть из Тулона, чтобы присоединиться к эскадре, предназначенной высадить в Ирландии войска генерала Лазара Гоша. Однако Вильнёв опоздал, испанская эскадра потерпела поражение, а высадка десанта не состоялась.
Возможность сыграть большую историческую роль выпала Вильнёву и во время Египетской экспедиции Наполеона Бонапарта. Он был младшим флагманом эскадры вице-адмирала Брюэйса в сражении при Абукире 1 августа 1798 года. Возглавивший английскую эскадру адмирал Нельсон решительно атаковал часть французской эскадры, рассчитывая на то, что корабли резерва не смогут быстро помочь атакованным из-за встречного ветра. Завязался упорный морской бой, длившийся много часов, в течение которых корабли Вильнёва так и не двинулись с места, фактически предопределив поражение французов. Позднее он оправдывался тем, что в дыму не смог разобрать приказы командующего эскадрой.
В конечном итоге Нельсон был очень обрадован, когда увидел, что после полудня неприятельские линейные корабли «Женерё» и «Вильгельм Телль», а также фрегаты «Дианн» и «Жюстис» под флагом Вильнёва вышли из Абукирской бухты. Вице-адмирал Брюэйс героически погиб, а заменивший его контр-адмирал Вильнёв предпочел заняться спасением уцелевших кораблей.
В мае 1804 года Вильнёв был произведен в вице-адмиралы и принял командование Тулонской эскадрой в Средиземном море, заменив умершего адмирала Латуш-Тревилля.
Первоначально он, как и Наполеон, невысоко ставил противостоявший ему британский флот, утверждая, что нет причин бояться появления английской эскадры, истощенной двухлетним крейсерством. Французский флот казался значительно лучше подготовленным, однако уже через месяц в одном из писем Вильнёв высказывал уже совсем иное мнение: «Тулонская эскадра выглядела в гавани весьма изящно; матросы были хорошо одеты и хорошо обучены; но как только начался шторм, все переменилось. Мы не приучены к штормам». Вскоре эта «неприученность» сыграла с французами злую шутку.
Согласно утвержденному плану, Вильнёву после соединения с испанской эскадрой вице-адмирала Федерико Карлоса Гравины следовало совершить диверсию в сторону Антильских островов, отвлечь туда британский флот, затем спешно вернуться в Ла-Манш и там содействовать высадке французского десанта на английский берег.
В конце марта 1805 года флот оставил Тулон. Соединившись с испанцами в районе Кадиса, Вильнёв с 20 кораблями пошел к Антильским островам, увлекая за собой корабли Нельсона. Однако при возвращении непогода задержала его на три недели у Азорских островов. Раздраженный Наполеон упрекал Вильнёва в недостатке решительности.
Но о какой нерешительности могла идти речь, если парусный флот тех времен целиком и полностью зависел от капризов погоды? К тому же англичане, опытные флотоводцы, сели «на хвост» французским кораблям.
22 июля у мыса Финистерре (северо-западная оконечность Испании) состоялось морское сражение эскадры Вильнёва с британской эскадрой адмирала Калдера. Франко-испанских кораблей было 20 (1450 пушек), а британских кораблей — 15 (1300 пушек). Хотя Вильнёв и потерял в этом сражении два испанских корабля, но победа осталась за ним, и эскадра Калдера, изрядно потрепанная, отошла к полуострову Корнуолл. Можно сказать, что французам в данном случае повезло. По словам Альфреда Мэхэна, «если бы на месте Калдера был адмирал более способный и более решительный, то кампания, вероятно, окончилась бы у Финистерре».
Состояние союзной эскадры тоже оставляло желать лучшего, и 28 июля Вильнёв отошел к Виго, где ему пришлось оставить более тысячи раненых и больных, а также 3 поврежденных корабля. 1 августа Вильнёв переместился к Ла-Корунье, где в порту Эль-Ферроль уже находилось 11 испанских и 5 французских кораблей. Кроме того, там к нему должны были присоединиться еще 5 кораблей под командованием капитана Аллемана, вышедшие из Рошфора. 9 августа 1805 года довольный Наполеон, находившийся в Булонском лагере и с нетерпением ждавший подхода Вильнёва, писал об этом Жозефу Фуше:
«3 термидора в тридцати лье от Ферроля состоялся бой адмирала Вильнёва с английской эскадрой, состоявшей из четырнадцати кораблей, из которых три были трехпалубными. Он закончился в нашу пользу и был бы еще более славным, если бы не были потеряны два испанских трехпалубных корабля. Вильнёв выполнил свою задачу: соединение».
На следующий день, 10 августа, Наполеон написал морскому министру Декре:
«Передайте вице-адмиралу Вильнёву, что я надеюсь на то, что он продолжит свою миссию и что будет очень позорно для императорской эскадры, если трехчасовая стычка с четырнадцатью кораблями противника заставит ее пропустить такое великое предприятие».