Коллекция злаковых и бобовых трав, созданная Вильямсом, не имела себе равных в мире. Ежегодно, систематически изучая биологию трав, Вильямс попутно занимался и их селекцией, он выделял лучшие формы, выводил новые.
«Я хорошо знаю, — говорил Вильямс, — русские клевера по практике заготовки клеверных семян бывшим Московским губернским земством на все бывшие земские губернии. Образцы всех предлагаемых партий проходили через мою контрольную станцию при Московском Сельскохозяйственном институте, и попутно я испытывал клевера главных районов на специальном участке. Всего испытано до трех тысяч образцов».
В своем питомнике Вильямс выделил очень хорошую «можайскую» форму английского райграса, которая впоследствии получила большое распространение у нас в стране. Вильямс собирал образцы растений по всей России, много семян ему присылали бывшие ученики и агрономы из глухих уголков страны. Этот материал тоже высевался в питомнике и всесторонне испытывался. Вильямсу удалось выделить очень ценные в биологическом и кормовом отношении казахстанские формы луговой овсяницы и английского райграса.
Эти работы Вильямса сделали бы честь самому лучшему селекционеру, но они составляют лишь небольшую и даже не самую главную часть селекционных исследований ученого. С успехом занимался он и селекцией бобовых трав, особенно люцерны. Интересуясь южным травосеянием, Вильямс уже давно убедился в необходимости иметь для засушливого юга свои формы люцерны. Но как их создать? Вильямс избирает такой путь: во время путешествий по засушливым черноземным районам он тщательно собирает местные гибриды люцерны. Он понимает, что среда и есть «настоящая мать-воспитательница», что засухоустойчивые формы люцерны, да и других трав надо искать в засушливых же местах, где растения приспособились к неблагоприятным климатическим и почвенным условиям среды. Во время одной из своих поездок по сухим степям Воронежской губернии Вильямс собрал семена двух природных гибридов люцерны, привез их в Москву, высеял на своем питомнике и стал улучшать методом массового отбора. Кроме того, Вильямс вывел еще одну, совершенно новую расу желтой люцерны.
В 1912 году в Россию приехал американский селекционер из Южной Дакоты Н. Ганзен. Он поcетил питомник Вильямса и был поражен тем богатством и разнообразием форм кормовых растений, которые он здесь увидел: в Америке ничего подобного не было и в помине. Особенно понравились американцу новые засухоустойчивые гибриды люцерны. Как бы они хорошо подошли к условиям сухих прерий Дакоты! Ганзен стал просить Вильямса подарить ему немного семян этих люцерн, и русский профессор дал их американцу. В настоящее время обе эти люцерны широко распространены в Соединенных Штатах Америки, но носят они несколько странные названия: «ганзеновская черная люцерна» и «люцерна казак». До появления этих видов люцерны в Америке господствовала «гримовская голубая люцерна», считавшаяся очень хорошей. Но она была быстро вытеснена воронежскими люцернами Вильямса.
О своеобразной судьбе своих сортов люцерны сам Вильямс уже в тридцатых годах рассказывал так: «Два природных гибрида, улучшенные в б. питомнике кафедры почвоведения Тимирязевской сельскохозяйственной академии массовым отбором, образцы которых были переданы мною в 1912 году проф. Ганзену, пользуются в настоящее время широчайшей известностью в Соединенных Штатах под названием черной и казацкой люцерны. Они в настоящее время вытеснили знаменитую «гримовскую голубую люцерну».
Не могли этого скрыть и в Америке. Ганзен писал: «В настоящее время на западе США посевами люцерны «казак» занято много тысяч акров. Свое начало она ведет от небольшой кучки семян, объемом всего с полчайной ложки, собранной с двух растений люцерны, найденных профессором Тимирязевской Академии В. Р. Вильямсом во время его экспедиции в область сухих степей Воронежской губернии».
«Эту чайную ложечку В. Р. Вильямса, — писала одна советская газета, — следовало бы поместить сейчас в музей американского сельского хозяйства, как свидетельство того, что самая распространенная в Америке кормовая трава — люцерна «казак» — вышла и развивалась от семян русского происхождения».
Богатейший питомник Вильямса начал с 1911 года служить еще одной цели — подготовке русских специалистов по кормовым травам. Но слушание лекций, ознакомление с гербариями, работы на питомнике еще не могли, по мнению Вильямса, создать из слушателей курсов настоящих знатоков луговодства. Нужно научиться исследовать луга в природной обстановке. И Вильямс добивается от департамента земледелия отпуска средств на проведение со слушателями курсов специальных экскурсий по лугам разных природных зон страны. Для этой цели он зафрахтовал небольшой пароход, на котором были совершены две продолжительные экскурсии по рекам Клязьме, Оке и Волге.