Willems (19) maakte in de zomer van 2011 de overstap van Sparta Rotterdam naar PSV. Na zijn komst groeide hij al snel uit tot basisspeler. Hij kwam in zijn eerste seizoen al meteen tot twintig wedstrijden.
Ook werd Willems international: op het EK in Polen en Oekraïne was hij de vaste linksback van Oranje.