Ayant servi comme ambulancier, puis pilote dans l'escadrille La Fayette, il s'attache à montrer dans ses films de guerre la réalité du front plus qu'à idéaliser l'héroïsme des soldats. Même souci de vérité dans ses westerns, son genre de prédilection, où l'action est souvent délaissée au profit de scènes où se font jour les tensions d'un groupe ou la dimension psychologique des personnages. Nulle violence gratuite enfin : Wellman « omet » souvent de filmer une bagarre dans son intégralité, préférant en souligner les à-côtés, avec une grande sobriété de moyens. Sa volonté de montrer la réalité le conduit à préférer les décors naturels ou à s'affranchir des conditions de tournage imposées par ses producteurs : pour
Les Ailes (Wings), il exige d'attendre l'arrivée de nuage dans un ciel parfaitement bleu pour rendre les combats aériens plus saisissants.
Cinéaste « sensible, ouvert aux injustices sociales » (selon Jean Tulard), plus que cinéaste engagé, il réalise L'Étrange Incident (The Ox-Bow Incident) (1943) qui dénonce le lynchage dans une période où la ségrégation raciale vis-à-vis des Noirs se double de la mise au ban des Japonais soupçonnés de collaboration, ainsi que Wild Boys of the Road, film douloureux sur la violence engendrée par la Grande Dépression.
Plusieurs de ses westerns, enfin, témoignent de sa volonté de montrer la contribution essentielle de la femme dans l'histoire des États-Unis. Dans La Ville abandonnée,
Anne Baxter tient tête à une bande de hors-la-loi ; dans
Convoi de femmes, 200 femmes déclassées (filles-mères, prostituées...) traversent les États-Unis et affrontent avec courage et dignité de multiples épreuves pour épouser des colons à demi-sauvages qui représentent leur dernière chance de réhabilitation.
Si sa carrière fut couronnée de nombreux succès (
Les Ailes et Une étoile est née, entre autres), il termine sur un échec, avec C'est la guerre (Lafayette Escadrille) (1958), film semi-autobiographique où il prête sa voix à celle du narrateur.
Quelques jours avant sa mort, il confiait à son fils avoir vécu « la vie de cent hommes ».
Surnommé « Wild Bill » à Hollywood autant en raison de son engagement durant la Grande Guerre que pour son comportement et ses exigences sur un tournage, Wellman était un cinéaste avant tout soucieux de réalisme.