В конце ноября 1939 года в карьере Франкена наконец наметилась стабильность. Он был назначен на линейный корабль «Шарнхорст», где до осени 1940 года исполнял обязанности командира дивизиона, приняв в этом качестве участие во всех походах этого известного корабля, включая и известную операцию «Юна», в ходе которой был потоплен британский авианосец «Глориес».
В октябре 1940 года Франкен решил сменить свою воинскую специальность и перешел в подплав. После окончания подготовительных курсов и дополнительного обучения в Мюрвике, в марте 1941 года он был назначен вахтенным офицером на новенькую «семерку» U 331 обер-лейтенанта цур зее Ганса-Дитриха фон Тизенгаузена. На этой лодке Франкен совершил три похода.
Вильгельм Франкен.
В свой первый поход U 331 вышла из Киля 2 июля 1941 года. Лодка пробыла в море 49 суток и 19 августа пришла в Лориан. За время похода Тизенгаузен принял участие в преследовании конвоев ОВ-346 и HG-69, совершил одну неудачную торпедную атаку, побывал под обстрелом кораблей ПЛО и заправился в Кадисе с немецкого судна снабжения.
В сентябре Дениц был вынужден отправить первые подлодки на Средиземное море для помощи итальянцам и африканскому корпусу Роммеля, и U 331 была одной из них. 24 сентября Тизенгаузен покинул Францию, чтобы привести свою лодку на новую базу. 29 сентября он благополучно прошёл Гибралтарский пролив и 11 октября пришёл на Саламин. Поход продлился 18 суток. За это время Тизенгаузен совершил одно нападение на три британских десантных судна у побережья Египта. Когда торпеды прошли мимо, лодка всплыла и вступила с ними в артиллерийскую дуэль, которая закончилась для неё неудачно: ответным огнём британцы, добившись попадания в рубку, ранили трёх подводников, один из которых позже скончался. Тизенгаузен был вынужден прекратить атаку.
Подлодка U 565 в средиземноморском камуфляже.
Следующий поход вписал Тизенгаузена, Франкена и весь экипаж U 331 в историю подводной войны навечно. 12 ноября Тизенгаузен покинул Саламин для того, чтобы высадить диверсионную группу на египетский берег для подрыва важной железнодорожной ветки. Операция получила кодовое наименование «Акула». Сама высадка прошла успешно, но диверсанты были схвачены английскими патрулями. U 331 была вынуждена покинуть место высадки, так и не дождавшись своих «пассажиров». Уйдя с места высадки, лодка получила приказ патрулировать участок побережья Египта между Соллумом и Мерса-Матрух, где 25 ноября и перехватила британскую эскадру, вышедшую в море из Александрии тремя днями ранее. Удачным залпом U 331 лишила Великобританию линкора – три торпеды и последующая детонация боеприпасов разорвали на части «Бархэм», став причиной гибели 862 английских моряков. По возвращении на базу Тизенгаузена ждал Рыцарский крест.