Aidé de son suzerain, le roi de France Henri Ier, Guillaume écrase la révolte des barons de basse Normandie au Val-ès-Dunes (1047) et rétablit l'ordre, appuyant son pouvoir sur l'armée de ses vassaux et sur l'Église, et favorisant la réforme clunisienne. Il affirme sa position en épousant Mathilde, fille du comte de Flandre Baudouin V (v. 1053). À la mort de son cousin Édouard le Confesseur, roi d'Angleterre (1066), qui lui avait promis sa succession, il s'oppose au comte Harold, qui s'était emparé de la Couronne. Il débarque en Angleterre et remporte la bataille d'Hastings (14 oct. 1066) où Harold est tué. Le jour de Noël, il est couronné à Westminster, selon les règles traditionnelles de la monarchie anglo-saxonne. La conquête achevée en 1070, il reçoit l'hommage du roi d'Écosse (1072), et déjoue une conspiration de nobles anglo-saxons. Dans les années qui suivent, il introduit en Angleterre un régime féodal rigoureusement organisé, et fait rédiger, en 1085, le Domesday Book. En Normandie, il doit faire face à la révolte de son fils Robert Courteheuse, puis à celle de son demi-frère Odon, évêque de Bayeux.
Ne tolérant en fait d'autre autorité que la sienne en Angleterre comme en Normandie, Guillaume jette les bases d'une puissante monarchie mi-continentale, mi-insulaire, que tout oppose à la monarchie capétienne avec laquelle elle engage un combat multiséculaire.