Ученик и соратник Вильямса Д. Д. Букинич побывал в самых глухих углах среднеазиатских пустынь и собрал материалы по характеристике пустынных почв. Работы Букинича показали, что раньше в наших пустынях почвы были другими — структурными и богатыми перегноем.
«В глубоких разрезах, — писал Вильямс об этих местах, — под покровом навеянного песка нередко залегают мощные структурные почвы, сохранившие еще остатки перегноя. Наконец, всюду под покровом современной бесструктурной и бесперегнойной поймы неизменно встречаются мощные горизонты зернистой поймы. Всюду в почвенном покрове страны запечатлен и почвенный возраст страны.
Обширная коллекция почвенно-агрономического музея… располагает сотнями образцов таких реликтов из числа тех нескольких тысяч образцов, которыми музей обязан неутомимой энергии Дмитрия Демьяновича Букинича, проникавшего в труднодоступные места этой области».
Вильямс путешествовал в эти годы и сам. Засушливый юго-восток страны, полупустыня — вот районы, которые он еще знает недостаточно и где земледелие является наиболее ненадежным, стихийным. И Вильямс предпринимает две продолжительные поездки по засушливому юго-востоку: он изучает каштановые почвы Заволжья, знакомится с разными группами солонцов и солончаков, посещает опытные сельскохозяйственные станции Заволжья — Краснокутскую и Безенчукскую.
Никогда не считая географическое изучение почв своей главной задачей, Вильямс становится в это время знатоком почв всех природных зон и всех природных районов России. Одновременно он делается и знатоком растительности разных зон в ее связи с почвами.
Известный ботаник-луговед профессор А. П. Ильинский вспоминал, что он в 1912 году по поручению Вильямса собрал почвенные монолиты из долины верхнего течения Волги, привез их в Петровку и расставил без всяких этикеток.
«И вот Василий Робертович стал для каждого монолита давать блестящую и точную импровизацию о характерной для него растительности: «Этот монолит из-под елового леса… А этот монолит взят на гривке с луговой растительностью» и т. д.».
Свободно и легко читал ученый великую книгу природы.
С природой он был в ладах, но начальство и в институте и в Петербурге его прижимало. «Красному» профессору ходу не давали, хотя и вынуждены были считаться с огромным его авторитетом и популярностью. В 1912 году у него «отобрали» курс земледелия. Были вместо одной созданы две кафедры: почвоведения — она осталась за Вильямсом, и общего земледелия, которая была передана профессору Дояренко. Вильямс отказался признать это разделение. Считая, что почвоведение и земледелие нераздельны, он, кроме того, имел все основания не доверять Дояренко, который уже тогда в развиваемых им агрономических взглядах ориентировался больше всего на «крепкое», то-есть кулацкое, хозяйство. Дояренко была чужда идея целостного овладения природой и комплексного подхода к сельскому хозяйству. Он пропагандировал лишь такие агрономические приемы, которые могли быть эффективны в отдельном «культурном» хозяйстве.
«Не признав» создание новой кафедры, Вильямс продолжал читать свой курс так, как считал нужным, излагая слушателям, наравне с почвоведением, и основы научного земледелия.
Преодолевая житейские трудности, ведя огромную организаторскую и педагогическую работу, Вильямс создавал в это время новое направление в науке — биологическое почвоведение.
Идя по стопам В. В. Докучаева и П. А. Костычева, Вильямс еще в начале своих научных исследований осознал, что самое большое значение в почвообразовании играет органическое вещество — «живое» и мертвое. Еще в конце прошлого века Вильямс писал: «Процесс выветривания является только первым шагом к почвообразованию: он дает тот материал, из которого впоследствии образуется почва; этот материал в почвоведении носит название материнской породы. Для почвообразования же характерным является то обстоятельство, что в нем решающее значение принадлежит факторам биологическим и климатологическим».
Такое представление о сущности почвообразования делается у Вильямса все более и более четким. Еще в 1902 году в своей речи «Значение органических веществ почвы» Вильямс говорил:
«Весь химизм почвы есть не более как функция органического вещества ее и притом вещества, частью мертвого, частью оживленного самой деятельной напряженной жизнью, и в материнской породе, в продуктах выветривания горных пород, мы не встречаем того деятельного беспрерывно идущего химизма лишь оттого, что эта порода мертва. Внесите в нее органическое вещество — внесите в нее жизнь, и очень быстро мертвая материнская порода обратится в живой комплекс, связывающий минеральную природу с органической, мертвую с живой, — она обратится в почву…