Orndorff unterschrieb Ende 1983 bei der World Wrestling Federation und gab sein Debüt im Januar 1984 mit „Rowdy“ Roddy Piper als Manager. Piper gab Paul Orndorff den Spitznamen „Mr. Wonderful“, einen Spitznamen, den er bis heute beibehalten hat. Orndorff gab sein WWF-Debüt gegen Salvatore Bellomo an dem Abend, an dem Hulk Hogan The Iron Sheik um den WWF World Heavyweight Title besiegte und „Hulkamania geboren wurde“, am 23. Januar 1984 im Madison Square Garden. Orndorff war einer der ersten Herausforderer um den Weltmeistertitel und schaffte es weniger als einen Monat nach seinem Debüt direkt ins Hauptprogramm. Hogan entledigte sich des Herausforderers und zog weiter, während Orndorff gegen eine Vielzahl von Gegnern antrat, unter anderem gegen den Intercontinental Champion Tito Santana. Als Piper Jimmy Snuka am Set von Piper’s Pit angriff, unterstützte Orndorff (ebenso wie Bob Orton, Jr.) den Rowdy One bei seinen Kämpfen. Orndorff und Piper standen Snuka und „The Tonga Kid“ oft in Tag-Team-Wettbewerben gegenüber.
Gegen Ende des Jahres 1984 brachte Roddy Pipers Angriff auf Cyndi Lauper (kayfabe) Orndorff und Piper auf Kollisionskurs mit Hulk Hogan und Mr. T. Hogans Fehde mit Piper bedeutete auch, dass Orndorff wieder ins Hauptgeschehen zurückkehrte; er besiegte Tony Atlas bei The War to Settle the Score und spielte dann eine Rolle im Hauptgeschehen. Die Auswirkungen von The War to Settle the Score führten zur Gründung von WrestleMania, bei der Hogan und Mr. T (mit Unterstützung von Jimmy Snuka) im Hauptkampf gegen Rowdy“ Roddy Piper und Paul Orndorff antraten. Die Einmischung von Orton am Ende des Matches ging nach hinten los, als er Orndorff versehentlich mit dem Gips am Arm traf, so dass Hogan Orndorff festnageln und das Match für sein Team gewinnen konnte. Piper und Orton machten Orndorff für die Niederlage verantwortlich und griffen ihn in der ersten Folge von Saturday Night’s Main Event an. Später am Abend rannte Orndorff zum Ring, um die Seiten auszugleichen, als Piper und Orton sich darauf vorbereiteten, Hulk Hogan in ein Double Team zu stecken. Er festigte seinen Babyface-Status, indem er kurz darauf öffentlich seinen Manager Bobby Heenan feuerte.
Orndorff und Hogan begannen eine Fehde mit Piper und Orton und traten gegen sie in Tag-Team-Wettbewerben im ganzen Land an. Orndorffs Fehde mit Piper und Orton ging weiter, während Hogan begann, seinen Titel gegen andere Herausforderer zu verteidigen; Orndorff trat sowohl gegen Orton als auch gegen Piper in Einzelwettbewerben an, in der Regel ohne einen eindeutigen Ausgang. Nachdem er Bobby Heenan als seinen Manager entlassen hatte, setzte The Brain ein Kopfgeld von 25.000 Dollar auf Orndorff aus, zahlbar an jeden, der ihn verletzen konnte. Als dies niemandem gelang, erhöhte Heenan das Kopfgeld auf 50.000 Dollar. Einer der ersten Männer, die versuchten, die neue, höhere Prämie einzufordern, war Roddy Piper selbst, aber ihre Kämpfe gerieten so sehr außer Kontrolle, dass Bruno Sammartino als Sonderschiedsrichter eingesetzt wurde, in der Hoffnung, den Frieden zu wahren. Anstatt den Frieden zu wahren, wurde Sammartino zur Zielscheibe für Orton und Piper, was dazu führte, dass Orndorff und Sammartino ein Team bildeten. In seinen Kämpfen mit Piper und Orton arbeitete Orndorff mit einer Vielzahl von Gegnern zusammen, darunter auch André the Giant. Im Februar 1986 nutzte Bobby Heenan ein Match zwischen Hulk Hogan und Don Muraco als Gelegenheit, King Kong Bundy auf Hogan loszulassen, um ihr Match bei WrestleMania 2 vorzubereiten. Während Hogan gegen Bundy kämpfte, kämpfte Orndorff gegen Don Muraco in einem Match, das mit einem Double Count Out endete.
Orndorffs Frustrationen wurden durch Adrian Adonis weiter angeheizt, der jede Gelegenheit nutzte, um Orndorff zu verspotten (und ihn auch als „Hulk Jr.“ bezeichnete) und sagte, dass er durch die Zusammenarbeit mit Hogan weich geworden sei. Adonis ärgerte Orndorff immer weiter und ging sogar so weit, Paul Orndorff herauszufordern, zu beweisen, wie eng seine Beziehung zu Hulk Hogan wirklich war. Während eines im Fernsehen übertragenen Telefongesprächs mit Hulk Hogan wurde Orndorff gesagt, dass Hogan zu sehr mit dem Training beschäftigt sei, um ans Telefon zu kommen, was Orndorff sehr verärgerte. Als sich Hogan und Orndorff das nächste Mal gegen die Moondogs zusammentaten, rang Orndorff den größten Teil des Matches alleine, um Hogan in den Schatten zu stellen, und erzielte den siegreichen Pin. In der nächsten Woche, während eines Tag-Matches, in dem Hogan und Orndorff gegen das massive Duo Big John Studd und King Kong Bundy antraten, stießen Hogan und Orndorff versehentlich zusammen und Hogan schlug Orndorff vom Vorfeld. Als Studd und Bundy begannen, Hogan in ein Double Team zu nehmen, half Orndorff nicht mit; er sah aus, als hätte er sich bei dem Zusammenstoß am Auge verletzt. Erst als Studd und Bundy Hogan in einer kompromittierten Position hatten, kam Orndorff wieder in den Ring und wehrte Studd und Bundy ab. Orndorff half Hogan dann auf die Beine, hob seine Hand in die Luft und verpasste Hogan eine Clothesline, gefolgt von einem Piledriver.
Orndorff kam bald wieder mit seinem Manager Bobby Heenan zusammen und lieferte sich erneut eine Fehde mit Hulk Hogan, einschließlich eines denkwürdigen Matches im Freien in Toronto, zu dem schätzungsweise 76.000 Fans kamen. Nach einer Reihe von Matches ohne klaren Ausgang wurde beschlossen, dass Hogan und Orndorff in einem Steel Cage Match bei Saturday Night’s Main Event aufeinandertreffen sollten. Bei dem Käfigmatch kletterten sowohl Orndorff als auch Hogan über das Käfigdach und berührten gleichzeitig den Boden. Nach der Überprüfung des Filmmaterials wurde entschieden, dass es ein Unentschieden war und das Match wurde neu gestartet. Nach der Wiederaufnahme des Matches verließ Hogan den Käfig und gewann das Match nach einem Leg Drop, womit ihre Fehde beendet war. Ihre halbjährige Fehde ist eine der bemerkenswertesten (und profitabelsten) Fehden in der Geschichte des Pro Wrestling.
Während der Hogan-Fehde verletzte sich Orndorff bei einem Unfall beim Gewichtheben schwer am rechten Arm. Da er sich mitten in seinem großen Geldgeschäft mit Hogan befand, wollte er sich nicht freinehmen, um sich einer Operation zu unterziehen, um die Verletzung richtig zu behandeln, und entschied sich stattdessen, weiter zu wrestlen. Nach dem Ende des Programms mit Hogan arbeitete Orndorff einige Monate lang mit einem reduzierten Pensum, bevor er gezwungen war, wegen der Verletzung eine Auszeit zu nehmen. Während Orndorff der WWF fernblieb, holte Bobby Heenan einen neuen Mann, „Ravishing“ Rick Rude, um Orndorffs Platz in der Heenan Family einzunehmen. Orndorff kehrte in den Ring zurück, um Bobby Heenan zu feuern und mit Rick Rude zu fehden. Orndorff nahm Oliver Humperdink als seinen Manager in seinem Kampf mit Rude und Heenan. Orndorffs letzter „großer“ Auftritt war bei der ersten Survivor Series am 26. November 1987, wo er zusammen mit Hulk Hogan, Bam Bam Bigelow, Ken Patera und Don Muraco gegen Andre the Giant, die One Man Gang, King Kong Bundy, Rick Rude und Butch Reed antrat. Zu Beginn des Matches eliminierte Rude Orndorff mit einem Roll-up.
Als Folge der Verletzung beim Gewichtheben und der Tatsache, dass Orndorff nie operiert wurde, um die Verletzung zu beheben, ist sein rechter Arm sichtbar kleiner und weniger muskulös als der linke.
Paul Orndorff zog sich Anfang 1988 aufgrund seiner Armverletzung zurück und konzentrierte sich auf die Leitung seiner Bowlingbahn in Fayetteville. Während seiner Auszeit vom Sport wurde sogar berichtet, er sei gestorben; die Geschichte schaffte es in mehrere Zeitungen. Grund für die Auszeit war die Verletzung an seinem Arm/Hals, die er sich während der Hogan-Fehde zugezogen hatte und die zu lange unbehandelt blieb. Während der Auszeit erholte sich Orndorff und begann zu trainieren, um wieder den Körperbau zu erlangen, der ihm den Spitznamen „Mr. Wonderful“ eingebracht hatte. Der einzige Unterschied war, dass sein rechter Arm aufgrund einer Nackenverletzung, die zu Nervenschäden und schließlich zur Atrophie des rechten Bizeps führte, deutlich kleiner und geschwächt war.
1990 kehrte Orndorff in den Squared Circle zurück und bestritt eine Reihe von Matches gegen Kerry Von Erich im Independent Circuit. Im Frühjahr 1990 unterschrieb Orndorff bei World Championship Wrestling und debütierte als Mitglied einer Gruppe namens „Dudes with Attitudes“, bestehend aus ihm selbst, Sting, Lex Luger, Junkyard Dog und den Steiner Brothers. Die Dudes unterstützten Sting in seinem Kampf gegen die Four Horsemen. Bei Clash of the Champions XI besiegte Orndorff Arn Anderson und beim Great American Bash 1990 tat sich Orndorff mit dem Junkyard Dog und El Gigante zusammen, um Arn Anderson, Barry Windham und Sid Vicious durch Disqualifikation zu besiegen. Orndorff blieb bei WCW bis zum Herbst 1990.
Orndorff kehrte Ende 1992 zu WCW zurück. Im Januar 1993 trat er gegen Cactus Jack an, wobei der Sieger der von Manager Harley Race auserkorene Ersatz für den verletzten Rick Rude beim Clash of the Champions war. Race assistierte Orndorff in dem Match und wurde schnell von Vader bei seinem Angriff auf Cactus Jack unterstützt. Nach dem Match erklärte Race, dass Paul Orndorff der von ihm auserwählte Mann sei. Orndorff wurde von Cactus Jack in einem anschließenden Thunderdome-Match gepinnt; die beiden führten eine intensive Fehde, die ein Falls Count Anywhere-Match bei SuperBrawl III einschloss, das Cactus Jack gewann.
Nachdem sich die Fehde mit Cactus abgekühlt hatte, nahm „Mr. Wonderful“ die vakante WCW World Television Championship ins Visier. Orndorff meldete sich für ein 16-Mann-Turnier an und besiegte 2 Cold Scorpio, Cactus Jack, Johnny B. Badd und dann Erik Watts im Finale, um seinen ersten WCW-Titel zu gewinnen. Orndorff, der TV-Champion, und Rick Rude, der US-Champion, begannen, regelmäßig zusammenzuarbeiten, unter anderem mit einem PPV-Sieg über Dustin Rhodes und Kensuke Sasaki beim Slamboree. In dieser Zeit wehrte Orndorff auch die Herausforderungen von unter anderem Ron Simmons und Marcus Alexander Bagwell ab und hielt seinen Television Title mit allen Mitteln aufrecht. Orndorff besiegte Bagwell auf umstrittene Weise, indem er das zweite Seil als Hebel für den Pinfall benutzte. Die beiden sollten später eine Fehde um den WCW World Tag Team Title führen. Orndorffs World TV Title Regentschaft beinhaltete auch eine Disqualifikationsniederlage gegen Johnny B Badd, nachdem Maxx Payne gewaltsam eingegriffen hatte. Dies führte zu einer kurzen Sechs-Mann-Tag-Team-Allianz zwischen Orndorff, Payne und Chris Benoit. Am 18. August 1993 verließ Orndorffs Glück ihn, als Ricky Steamboat den Titel bei Clash of the Champions XXIV gewann. Nachdem er Ricky Steamboat im Herbst und Winter 1993 erfolglos herausgefordert hatte, war es Zeit für einen Tempowechsel.
Nach seinem Rücktritt begann Orndorff, WCW Power Plant zu leiten, wo er mehrere Wrestler trainierte, darunter die Natural Born Thrillers. Er hatte eine kurze Rolle auf dem Bildschirm während dieser Zeit in den Old Age Outlaws mit Terry Funk, Arn Anderson und Larry Zbyszko, um mit der letzten WCW-Inkarnation der nWo zu fehden.
Am 3. Februar 2005 wurde Orndorff als einer der Aufgenommenen für die Class of 2005 in die WWE Hall of Fame angekündigt. Er wurde am 2. April im Universal Amphitheatre in Los Angeles, Kalifornien, von Bobby „The Brain“ Heenan in die Halle aufgenommen. Später am Abend, während der Einweihung von Hulk Hogan, wurde Orndorff gesehen, wie er eindeutig nicht klatschte, als Hogan auf die Bühne kam.