王沛少时勇敢果断，深受陈许节度使上官涚的器重，上官涚把女儿嫁给王沛为妻，并让王沛担任牙门将。贞元十九年（803年）六月，上官涚去世，上官涚的另一位女婿田偁准备胁迫上官涚的儿子，接管军中大政。但田偁畏惧监军不顺从，便埋伏士兵图谋杀死监军。王沛得知田偁的谋划后，便将此事报告监军范日用，讨伐并擒获田偁及其同党。唐德宗李适赞赏王沛，授行军司马。

元和十二年（817年），当时吴元济已反叛朝廷数年，忠武军节度使李光颜奉命率军前往讨伐吴元济，赞赏王沛的节操，于是任命他为行营兵马使。同年三月，李光颜派王沛率领精兵单独在近郊扎营，多次打败叛军建功。当时唐军与叛军隔着溵水驻扎下来，唐德宗下令催促进攻，唐军的各支军队相互踌躇观望，没有哪支军队有胆量渡过溵水。王沛率领五千兵马趁夜率先渡过溵水，占领叛军的要害地点，筑城据守。于是，河阳、宣武、河东、魏博等军队都一个接着一个地渡过溵水，进逼郾城。王沛首先修筑营垒和叛军对抗，叛军将领邓怀金率众前来投降。同年，吴元济的叛乱平定，王沛跟随李光颜入朝，李光颜陈述王沛的功劳，朝廷加任他为御史大夫。