Udział Wilhelma le Vasseur de Beauplana w wojnie smoleńskiej 1632-34 nie jest pewny, wiadomo natomiast, że nowo wybrany król Władysław IV szybko włączył Beauplana do akcji przygotowań wojennych przed planowaną wojną z Turkami i z Tatarami. Z polecenia Koniecpolskiego Beauplan został wysłany na prawobrzeżną Ukrainę, gdzie od 1633 do 1647 roku projektował projektować i budował systemy fortyfikacyjne oraz prowadził prace kartograficzne. Władysław IV zaczął organizować armię po tym, jak w styczniu 1633 roku sejm uchwalił podatki na zaciąg żołnierzy. Formowaną na modłę zachodnią piechotę szkolili doświadczeni cudzoziemscy oficerowie, głównie uczestnicy wojny trzydziestoletniej. Z podatków zakupiono im uzbrojenie – arkebuzy i muszkiety, pistolety, zbroje rajtarskie, rapiery. Była to nowość, bowiem do tej pory to szlachta sama musiała zaopatrywać się w broń, teraz natomiast to król zadbał o właściwe uzbrojenie żołnierzy. W celu sprawnego zaopatrzenia w rynsztunek specjalnie zakładano też arsenały. To właśnie w jednym z takich arsenałów swoją siedzibę miał wkrótce mieć Beauplan.
Wiosną 1633 roku Władysław IV podzielił sformowaną armię. Większość wyruszyła pod Smoleńsk, reszta zasiliła Koniecpolskiego, który wraz z wojskiem kwarcianym strzegł południowych granic Rzeczypospolitej. Wraz z nim służbę pełnił Beauplan. W celu wzmocnienia południowo-wschodnich rubieży Rzeczypospolitej oraz usprawnienia prowadzenia działań wojennych Beauplan wznosi fortyfikacje i umocnienia oraz prowadzi prace kartograficzne. Jako oficer uczestniczy również w walkach. Latem 1633 roku Beauplan uczestniczy w letnich działaniach wojennych z Turkami. Pod Kamieńcem Podolskim wznosi obóz warowny, który w dniach 20-23 października z załogą około 11 tysięcy żołnierzy pod dowództwem Koniecpolskiego odpierał szturmy około 20 tysięcy żołnierzy paszy Sylistrii, Mehmeda Abazego.
Po podpisaniu kończącej wojnę smoleńską ugody w Polanowie w 1634 roku, Beauplan uczestniczył w wytyczaniu granic polsko-moskiewskich, a po zakończeniu wojen polsko-rosyjskich oraz polsko-tureckich, w latach 1634 – 1635 na pograniczu Dzikich Pól, budował nowe i obwarowuywał istniejące twierdze w Nowym Koniecpolu, Krzemieńczuku oraz Kudaku. Latem 1635 roku uczestniczył w przygotowaniach wojennych przeciwko wojskom szwedzkim. Mniej więcej w tym samym czasie razem z Andrea dell'Aqua zaprojektował dla Koniecpolskiego rezydencję w Podhorcach.
Od 1637 roku Beauplan tytułował się dworzaninem królewskim i starszym kapitanem artylerii i inżynierii wojskowej w powstałym wówczas korpusie artylerii koronnej. Jego główną siedzibą była wówczas twierdza w Barze, gdzie nadzorował arsenał artylerii koronnej Rzeczypospolitej. Podczas powstania kozackiego Pawła Pawluka w 1637 roku widzimy go jako uczestnika wygranej bitwy pod Kumejkami (16 XII). Rok później, w czasie buntu Jakuba Ostrzanina i Dymitra Huni w VI-VII 1638 roku, zbudował pod Starcem ufortyfikowany obóz.
Z końcem lat trzydziestych XVII-tego wieku nastał względny spokój – zaczął się okres zwany „czasem złotego pokoju”. Wykorzystując okazję Władysław IV podjął decyzję o wzmożeniu prac inżynieryjnych. Komplikująca się sytuacja na Ukrainie sprawiła, że coraz pilniejszym zadaniem stało się przygotowanie wojskowych map operacyjnych, umożliwiających prowadzenie działań wojennych. Beauplan był ponaglany w kwestii opracowania map. Kolejne lata jego pobytu to sporządzanie zdjęć topograficznych, przerywane wyjazdami do budowanych fortyfikacji bądź udziałem w bitwach.
W lipcu 1639 roku Beauplan udał się na wyprawę nad Porohy Dnieprowe. Jego zadaniem było odbudowanie zniszczonych fortyfikacji w Kudaku. W czasie spływu zlustrował i skartował dolny odcinek Dniepru. Zebrał dostateczną ilość informacji, aby opracować trzyczęściową mapę środkowego i dolnego biegu rzeki. Nie była to wyprawa łatwa, nierzadko musiał uczestniczyć w potyczkach. Latem następnego roku wziął udział w wyprawie wojsk polskich przeciwko Tatarom. W pierwszej połowie 1646 roku przebywał w Barze, gdzie z polecenia Koniecpolskiego wznosił nad Rowem murowany arsenał. W lipcu tegoż roku w Nowogrodzie (Wierchowie) pod Barem wzniósł ziemny fort. Zimą między 1646 a 1647 rokiem ponownie wziął udział w wyprawie wojsk polskich przeciwko Tatarom, a 29 marca 1647 roku, po śmierci Koniecpolskiego (w 1646 roku) i po ukończeniu zaplanowanych prac kartograficznych, hetman Mikołaj Potocki zwolnił Beauplana ze służby.
Po wyjeździe z Baru Beauplan przebywał krótko w Gdańsku. Najprawdopodobniej celem jego wizyty były sprawy związane z drukiem „Generalnej mapy Ukrainy” rytowanej przez jego przyjaciela W. Hondiusa. Już za panowania Jana Kazimierza, w maju lub czerwcu 1648 roku, drogą morską powrócił z Gdańska do Francji.
