入馆后，他的主要精力放在对收入《四库全书》的著作进行校勘。乾隆四十年(1775年)，他还担任礼部乙未会试同考官，协助主考官阅卷。同年底，父亲病故，王尔烈回乡丁忧。是年冬，王尔烈服丧期满，回到北京，以陕西道监察御史衔(正六品)再进“四库全书馆”，继续《四库全书》的编修工作。

《四库全书》是在乾隆皇帝的主持下，由纪昀等三百六十多位高官、学者编撰，收入典籍三千五百余种，三万六千余册，费时十余年完成。丛书分经、史、子、集四部，故名四库，基本上囊括了中国古代所有图书，故称“全书”。是中国古代最大的一部丛书。从乾隆三十八年至四十八年，除服丧三年外，王尔烈大约有七年时间在编修《四库全书》，主要负责校勘《永乐大典》及校勘、续编《通典》《通志》和文献通考等。王尔烈为《四库全书》的编修做出了重要贡献。

从乾隆五十年(1785年)开始，王尔烈仕途通顺，连升三级：被任命为鸿胪寺少卿，官居从五品，掌管庆吊典礼事物;次年，六十一的王尔烈晋升为光禄寺少卿(正五品)，负责朝廷祭礼宴会事物;第三年，即乾隆五十三年(1788年)正月，奉旨补通政司参议(正五品)，负责处理朝廷公文;九月，升任顺天府丞，官至正四品。

嘉庆元年(1796年)农历正月初一，乾隆皇帝让位给十五皇子嘉亲王颙琰，嘉庆帝即位，委任王尔烈为内阁侍读学士，诰授中宪大夫。王尔烈还得乾隆“予千叟宴，蒙御赐诗并《集古三星图》、如意、鸠杖等”(《辽阳县志》)。

王尔烈寿屏

嘉庆三年(1798年)正月二十三日，王尔烈70大寿，翰林院为其办寿庆，赠《百寿图》屏风。寿屏为九扇组合屏风，集当时翰林院及朝廷的达官显宦和学界名流一百二十五人，书画一百二十六“寿”字志贺(其中有一人赠两幅)，其中有礼部尚书、《四库全书》总纂纪晓岚的“水墨仙鹤图”，有吏部尚书、体仁阁大学士刘墉的楷书“寿”字，有《红楼梦》的印行者程伟元的“水墨双松图”等。在这125人中，仅状元、榜眼、探花就有88人。可见王尔列当时名气和影响之大。寿屏为国家一级文物，现藏于辽阳博物馆。此寿屏对研究清代政治、礼仪、书法、绘画的发展具有重大价值。

嘉庆四年(1799年)，七十三岁的王尔烈以大理寺少卿(正四品)告老还乡，回到辽东，在盛京掌教沈阳书院。二年后的嘉庆六年(1801年)，王尔烈病逝，享年七十四岁。葬于家乡辽阳县风水沟村的南山山麓。