Tombeau de la Reine Mathilde dans l'abbatiale de la Trinité de Caen

 ou Mantes, l'ultime chevauchée

Les dernières années du règne de Guillaume sont marquées de nouvelles épreuves.

En Angleterre, les trahisons des barons normands ont succédé aux révoltes des Anglo-saxons. En 1075 c'était déjà Roger de Breteuil, comte de Hereford, et fils de son plus fidèle ami, Guillaume Fils Osbern, tué à son service à Cassel en 1071. En 1082, intervient l'affaire beaucoup plus grave qui conduit Guillaume a arrêter son demi-frère, Odon de Conteville, évêque de Bayeux et comte du Kent. Celui-ci avait exercé de nombreuses exactions contre les populations de son comté anglais et fini par lever une armée privée dans un dessein obscur. Guillaume le fait juger et emprisonner.

La mésentente avec son fils Robert Courteheuse qui revendique sa part dans les états de Guillaume ne s'est pas apaisée quand en 1083 meurt son épouse la duchesse et reine Mathilde. A la fin du règne de son père Robert intrigue encore contre lui à la cour du roi de France, Philippe Ier. Et les difficultés n'ont pas cessé aux frontières. Si une menace d'invasion danoise ne se concrétise pas entre la fin 1084 et 1086, elle a cependant obligé Guillaume à repasser en Angleterre. A son retour il doit mettre fin par la négociation à l'interminable siège de Sainte-Suzanne (1086) et se tourner contre le roi de France.

Le contrôle de la région du Vexin oppose le roi de France et le duc-roi. Cette région est un espace ouvert entre la Normandie centrale et le domaine royal autour de Paris. La frontière sépare artificiellement un Vexin normand et un Vexin français. Chacun tente de la repousser vers les domaines de l'autre. Or le roi de France a renforcé son contrôle sur les seigneuries laïques et ecclésiastiques du Vexin français, et lance par leur intermédiaire des attaques sur le Vexin normand. Guillaume décide de lancer un raid de représailles. La chevauchée s'achève à Mantes en juillet 1087. Guillaume est blessé accidentellement. Il meurt quelques jours plus tard à Rouen (9 septembre 1087) et le corps est transporté pour être inhumé dans l'abbatiale Saint-Etienne de Caen.

Sur son lit de mort Guillaume a partagé le domaine qu'il eut tant de mal à tenir d'une seule main : pour Robert, l'aîné rebelle, la Normandie, pour Guillaume le Roux, le cadet, l'Angleterre. Henri, le benjamin, est exclu du partage.