5 sierpnia roku 1920 wstąpił do 211. pułku ułanów i w jego szeregach walczył w Bitwie Warszawskiej, bitwie w Puszczy Rudnickiej i jako ochotnik – w buncie Żeligowskiego. Dwukrotnie odznaczony został Krzyżem Walecznych. Po wojnie zdemobilizowany.
W roku 1922 rozpoczął studia na Wydziale Rolnym na Uniwersytecie Poznańskim. W tym samym roku podjął studia na Uniwersytecie im. Stefana Batorego jako nadzwyczajny słuchacz Wydziału Sztuk Pięknych; po krótkim czasie naukę przerwał. Z tego okresu po dziś dzień w kościele parafialnym w Krupie (około 2 km na północny wschód od Sukurcz, gdzie w szkole pracowała żona Witolda, Maria Ostrowska, z którą ożenił się w 1931 r. wiszą dwa obrazy pędzla Witolda Pileckiego.
W latach 20. XX w. rodzina Pileckich odzyskała majątek Sukurcze, położony około 7 kilometrów na zachód od Lidy (przeszedł jako wiano od Domeyków) wraz ze starym polskim dworem. Majątek był oddany wcześniej w dzierżawę. Tam wychowywały się dzieci Witolda i Marii – syn Andrzej (ur. 1932) i córka Zofia (ur. 1933).
W Wojsku Polskim został awansowany na stopień podporucznika rezerwy kawalerii ze starszeństwem z dniem 1 lipca 1925 roku. W 1934 r. Witold Pilecki był zweryfikowany z 300. lokatą, był wówczas oficerem rezerwowym 26. pułku ułanów w Baranowiczach i pozostawał w ewidencji Powiatowej Komendy Uzupełnień w Lidzie.
Sąsiadem Pileckich był ... marszałek Edward Śmigły-Rydz. Tuż przed wojną z jego inicjatywy rtm. Witold Pilecki ponoć podjął współpracę z kontrwywiadem Oddziału II SG WP. W sierpniu 1939 roku został zmobilizowany do służby w Wojsku Polskim. Po agresji III Rzeszy i Związku Sowieckiego na Polskę walczył jako dowódca plutonu w szwadronie kawalerii dywizyjnej 19. Dywizji Piechoty Armii „Prusy”, a następnie w 41. Dywizji Piechoty na przedmościu rumuńskim. Pod jego dowództwem, w trakcie prowadzonych walk, ułani zniszczyli 7 niemieckich czołgów oraz 2 nieuzbrojone samoloty. Ostatnie walki jego oddział prowadził jako jednostka partyzancka. Pilecki rozwiązał swój pluton 17 października 1939 roku i przeszedł do konspiracji.
Współzałożyciel Tajnej Armii Polskiej, żołnierz Armii Krajowej, więzień i organizator ruchu oporu w niemieckim obozie koncentracyjnym KL Auschwitz. Autor raportów o Holocauście, tzw. "Raportów Pileckiego".
Oskarżony i skazany przez władze komunistyczne Polski Ludowej na karę śmierci.
Unieważnienie wyroku nastąpiło w roku 1990. Pośmiertnie, w roku 2006 odznaczony Orderem Orła Białego, a w roku 2013 został awansowany na stopień pułkownika.
19 września 2019 r. Parlament Europejski, realizując trzeci z celów zainicjowanej przez Fundację Paradis Judaeorum w styczniu 2008 r. akcji społecznej „Przypomnijmy o Rotmistrzu” („Let’s Reminisce About Witold Pilecki”), opowiedział się za ustanowieniem 25 maja – rocznicy zamordowania rtm. Pileckiego – Europejskim Dniem Bohaterów Walki z Totalitaryzmem.
Wieczna Chwała Polskiemu Bohaterowi!