בשנת 1962 התגייס וילנאי לחטיבת הצנחנים, והתקדם בשרשרת הפיקוד. במלחמת ששת הימים שימש בתפקיד פיקודי. במלחמת ההתשה שימש מפקד סיירת צנחנים - עליה גם פיקד במבצע כראמה. במלחמת יום כיפור כיהן כקצין אג"ם של פיקוד המרכז. במבצע אנטבה השתתף כסגנו של המפקד, דן שומרון. לאחר מכן מונה למפקד גדוד בחטיבת הצנחנים וסגן מפקד סיירת מטכ"ל. ב-1975 מונה למפקד חטיבת הצנחנים. ב-1976 מונה למפקד בית הספר לקצינים.