W 1002 roku został następcą swojego ojczyma Henryka w Księstwie Burgundii. Po dwóch latach doszło jednak do najazdu króla Francji Roberta II Pobożnego, bratanka Henryka, nieuznającego praw Otto Wilhelma do Burgundii. Robert Pobożny, nie zważając na brak poparcia wśród burgundzkich możnych, dokonał podboju Burgundii, zajmując Auxerre i Avallon oraz zmuszając do podporządkowania się Otto Wilhelma oraz jego zięcia, hrabiego Nevers, Landriego.