Dekretem biskupa katowickiego z 6 października 1948 został przeniesiony do parafii św. Mikołaja w Lublińcu, a od 10 września 1951 został skierowany na posadę administratora do parafii św. Józefa w Katowicach-Załężu.
4 lipca 1958 został mianowany przez papieża Piusa XII administratorem apostolskim i wikariuszem kapitulnym ordynariatu gorzowskiego oraz biskupem tytularnym Leptis Magna. 7 września 1958 otrzymał święcenia biskupie z rąk prymasa Polski Stefana Wyszyńskiego. Współkonsekratorami byli biskupi Herbert Bednorz i Bolesław Kominek.
W 1972 w następstwie uznania zachodniej granicy Polskiej Rzeczypospolitej Ludowej przez Republikę Federalną Niemiec w układzie PRL-RFN (1970) papież Paweł VI utworzył stałą administrację kościelną dla tzw. Ziem Odzyskanych. Wilhelm Pluta został biskupem diecezjalnym nowo ustanowionej diecezji gorzowskiej.
Ingres do katedry w Gorzowie Wielkopolskim odbył 3 września 1973 roku.
Przez 30 lat posługi biskupiej troszczył się o kapłanów i rodziny. Jako pierwszy w Polsce stworzył duszpasterstwo rodzin. Dążył do uświęcenia wiernych swojej diecezji. Opublikował 18 książek.