Wynikłe z tego zainteresowanie procesami odporności zaowocowało stworzeniem przez Welcha przy Szkole Zdrowia Publicznego pierwszego w świecie zakładu immunologii.

Pracując w laboratorium Cohnheima we Wrocławiu Welch wykazał jako pierwszy, że obrzęk płuc może być skutkiem nierównowagi między pracą prawej i lewej komory serca.

William Henry Welch był jednym z twórców Instytutu Nauk Medycznych Rockefellera w 1901 i przez 33 lata był przewodniczącym jego rady dyrektorów naukowych. W ramach Instytutu angażował się między innymi w popularyzację zachodniego modelu nauczania w Chinach.

Welch był najbardziej wpływowym lekarzem Stanów Zjednoczonych swoich czasów - w obchodach jego 80. urodzin wziął osobiście udział prezydent USA Herbert Hoover, a całe wydarzenie transmitowało radio, co było ewenementem. Obchody te, poza wieloma miejscami w Stanach Zjednoczonych, odbywały się jednocześnie w różnych częściach świata, w tym między innymi w siedzibie Ligi Narodów w Genewie, Instytucie Pasteura w Paryżu, Londyńskiej Szkole Higieny w Londynie, Peiping Union Medical School w Pekinie, Kitasato Institute w Tokio i w Instytucie Pruskim Roberta Kocha w Berlinie.