Вильсон находился в Париже полгода (с трехнедельным перерывом в марте, когда он уезжал в Вашингтон для консультаций и отдыха). В начале конференции президент США вел себя агрессивно, настаивая на полном включении в документы «14 пунктов» и особенно энергично требуя утверждения устава международной организации, которая получила название Лиги Наций. Во время пребывания в США он осознал, что общественность его страны и конгрессмены вряд ли примут его план, так как это означало бы широкое вовлечение США в зарубежные дела, против чего в стране с сохранявшимися изоляционистскими настроениями возражали широкие слои населения и видные политики. После возвращения в Париж Вильсон попытался включить в устав Лиги Наций положения доктрины Монро, а также пункты, в которых четко было бы сказано о праве выхода отдельных государств из Лиги и о ее невмешательстве во внутренние дела отдельных стран. Вильсон настаивал, чтобы договор с Германией не привел к чрезмерному ослаблению этого государства. Ллойд Джордж и особенно Клемансо выступили против. Последний настаивал на фактическом превращении Германии во второстепенное аграрное государство, находившееся под контролем Антанты, что Вильсон считал нереальным и опасным. Несколько раз он угрожал, что покинет конференцию, но своих угроз не исполнил. На нем явно сказались перегрузки последних лет, и именно в Париже состояние здоровья президента США стало резко ухудшаться. Он часто пропускал заседания, ссылаясь на плохое самочувствие. Постепенно его влияние на ход конференции слабело, как и интерес к европейским делам.
Вместе с другими участниками конференции Вильсон 28 июня 1919 г. подписал в Версальском дворце мирный договор, после чего покинул Европу, хотя конференция еще не завершилась и предстояло согласование и подписание мирных договоров с союзниками Германии.
Сенаторы-республиканцы еще раньше предупреждали Вильсона, что выступят против ратификации, если в договоре будет хотя бы упоминание о Лиге Наций. Вильсон же, уже начинавший терять чувство реальности, к этим предостережениям не прислушался и продолжал надеяться, что Сенат ратифицирует договор, текст которого включал устав Лиги Наций. Но добившаяся успеха на промежуточных выборах в Конгресс в ноябре 1918 г. Республиканская партия отказалась поддержать президента, а результаты выборов стали рассматриваться как осуждение народом США всей политики Вильсона.
Вернувшись в США в июле 1919 г., Вильсон оказался в крайне неблагоприятной ситуации. Экономическое положение страны резко ухудшалось. После отмены ограничительных мер военного времени и перехода на производство мирной продукции быстро росли цены и безработица. Массовые забастовки и революционная риторика возникших в 1919 г. двух крохотных компартий вызвали антибольшевистскую истерию в прессе, пугавшей население «красной опасностью», которая вот-вот поразит США. Вильсон же упорно стремился добиться ратификации Версальского мира. Он вел переговоры с сенаторами-республиканцами, пытаясь убедить их в важности Лиги Наций для США, однако натыкался на упорное сопротивление. В сентябре 1919 г. Вильсон предпринял трехнедельную поездку по стране. В многочисленных выступлениях он стремился привлечь население на свою сторону. Однако патетические и в то же время мрачные пророчества, что отказ от мирного договора поставит под угрозу всю мировую цивилизацию, включая США, были встречены без энтузиазма, в лучшем случае жидкими аплодисментами. Эта неудачная поездка не только укрепила позиции оппонентов Вильсона в Сенате, но и сильно сказалась на его здоровье. 25 сентября во время выступления в штате Колорадо он потерял сознание, после чего был вынужден прервать агитационный тур и вернуться в Вашингтон.
Обсуждение вопроса в Сенате продолжалось до весны 1920 г. В конце концов 19 марта 1920 г. верхняя палата проголосовала против ратификации. В Лигу Наций, являвшуюся детищем Вильсона, его страна так и не вошла. Позже США подписали договор с Германией, но никаких упоминаний об этой международной организации там не было. Но обо всем этом Вильсон если и знал, то выразить словами свое отношение к развитию событий не был в состоянии. Он даже не смог поблагодарить за присуждение ему 6 октября 1919 г. Нобелевской премии мира «за привнесение фундаментального закона человечности в современную международную политику».
Второго, а затем 6 октября у Вудро Вильсона произошли кровоизлияния в левое полушарие мозга, от последствий которых он уже не оправился. Он больше не мог говорить, ослеп на один глаз (вторым глазом он мог различать лишь очертания предметов, читать самостоятельно он не мог). Через несколько месяцев в результате усилий наиболее квалифицированных врачей его состояние немного улучшилось, но к государственной деятельности он уже не вернулся.
