Priller diente erst als Fahnenjunker im Infanterieregiment 19, ehe er 1936 in die Luftwaffe wechselte. Hier wurde "Pips", wie er bald von seinen Kameraden und Freunden genannt wurde, zum Jagdflieger ausgebildet und 1937 zum Leutnant befördert. Wenige Wochen vor Beginn des Zweiten Weltkrieges wurde er in das vom Pour-le-Mérite-Oberst Theo Osterkamp (32 Siege im 1. Weltkrieg) geführte Jagdgeschwader 51 versetzt.
Seinen Wechsel zur Luftwaffe hatte er übrigens zusammen mit seinem besten Freund im IR 19, Robert-Georg von Malapert-Neufville, gewagt. Dieser flog später erfolgreich als Stukapilot und erhielt nach seinem Tod im Mai 1942 postum das Eichenlaub verliehen.
Während des Frankreichfeldzuges als Kapitän der 6. Staffel bereits sechsmal gegen britische und französische Maschinen erfolgreich, flog der mit dem Eisernen Kreuz 1. Klasse beliehene Priller in der brenzligen Phase der Luftschlacht um England unter Major Mölders. Durch sein fliegerisches Feingefühl und seine beeindruckende Treffsicherheit erreichte er bereits im Oktober 1940 seinen 20. Luftsieg, wofür er das Ritterkreuz entgegennehmen konnte. Wenige Wochen später wurde Oberleutnant Priller Kapitän der 1. Staffel des Jagdgeschwaders 26 "Schlageter", das vom bekannten Adolf Galland kommandiert wurde.
In den kommenden Monaten flog Priller über dem Ärmelkanal und dem Süden Englands Jagd- und Geleitschutzeinsätze, wobei er wiederholt mit beschädigter Maschine vom Einsatz zurückkehren konnte. Im Sommer 1941 konnte sein 1. Wart den bereits 39. Abschussbalken am Leitwerk seiner Messerschmitt Bf 109 anbringen - damit gehörte Josef Priller in der Bekämpfung der Royal Air Force zur Spitzengruppe. 
Während der Luftschlacht um England kam es zu einer Begebenheit, die ohne Übertreibung als eine der kuriosesten der deutschen Luftkriegsgeschichte bezeichnet werden kann. Am 24. August eskortierte "Pips" Priller zusammen mit einem weiteren Bf 109-Piloten eine zur Seerettung eingesetzte Heinkel He 59 nahe der französischen Kanalküste, als sein Rottenflieger irrtümlich durch einen eigenen, übereifrigen Jagdflieger für einen Briten gehalten, angegriffen und schwer zusammengeschossen wurde. Der die qualmende Maschine steuernde Feldwebel Delfs war ernsthaft verwundet, konnte seine Bf 109 jedoch wieder unter Kontrolle bringen und steuerte das französische Hinterland an. Von Priller eskortiert, gelang Delfs schließlich der Absprung mit dem Fallschirm - doch wie es das Unglück wollte, landete der nun schon bewusstlose Flieger genau auf den Schienen einer Eisenbahnlinie. Und just in dieser Minute näherte sich ein Zug. Prillers Handeln war einzigartig - er drückte seine Bf 109 auf nur wenige Meter über den Boden und donnerte dem sich nähernden Zug entgegen. Als dieser seine Fahrt aber nicht verlangsamte und Delfs noch immer regungslos auf den Gleisen lag, wiederholte "Pips" seinen Anflug und eröffnete aus allen Rohren das Feuer in Richtung der Lokomotive. Diesmal mit Erfolg. Wenige Meter vor seinem verwundeten Kameraden stoppte der Zug schließlich, Feldwebel Delfs wurde in ein Lazarett gebracht und überlebte. Eine wirklich verrückte, aber wahre Geschichte.
Nach zwei weiteren Luftsiegen erhielt der Staffelkapitän das 28. Eichenlaub zum Ritterkreuz verliehen. Nach Adolf Galland und Joachim Müncheberg war er der bereits dritte Eichenlaubträger des Geschwaders.
Der erstklassige Flieger und Hauptmann (06.12.41) übernahm im Winter 1941 die ausgezeichnete III. Gruppe des "Schlageter"-Geschwaders. Die folgenden Monate brachten schwere Einsätze gegen das immer stärker werdende RAF-Bombercommand und dessen Jagdschutz, später galt es zusätzlich gegen die US Army Air Force anzutreten. Im März 1942 stand sein Konto bei 60 Siegen, bis Jahresende war der Gruppenkommandeur bereits 85mal über westalliierte Piloten siegreich geblieben. Im Mai und Juni wurde Priller zweimal im Wehrmachtsbericht genannt.
Als Prillers Gruppe im Sommer 1942 mit den neuen Focke Wulf Fw 190 ausgerüstet wurde, stiegen die Abschussquoten noch mal rapide an. So konnten die Piloten während eines Abfangeinsatzes am 1. Juli ohne eigene Verluste über 20 britische Bomber abschießen. Seine eigene Fw 190 hatte Priller mit dem Schriftzug „Jutta“, dem Namen seiner Frau, verzieren lassen.
Das Jagdgeschwader 26 bildete 1942/44 die erste Linie der deutschen Luftraumverteidigung in Frankreich und den Niederlanden. Neben Gefechten mit Bomberverbänden standen auch Einsätze gegen feindliche Jagdbomberverbände auf der Tagesordnung. Aufgrund ihrer großen Erfolge, der auffälligen gelben Propeller-Farbmarkierung und ihres Heimatstützpunktes nannten die alliierten Piloten das "Schlageter"-Geschwader respektvoll "Yellow Nosed Abbeville-Boys". Einer dieser Piloten hatte einmal, nachdem er abgeschossen und gefangen genommen worden war, Priller seine lederne US-Fliegerjacke geschenkt, die "Pips" in Folge bei jedem Einsatz trug.
Unter den Piloten, die gegen das Jagdgeschwader 26 antraten, befanden sich so erfolgreiche US-Fliegerasse wie Francis Gabreski (28 Siege, in Korea 6 weitere), "Ratsy" Preddy (25), John C. Meyer (23) oder David S. Shilling (22). Zu direkten Luftkämpfen mit Priller kam es jedoch wahrscheinlich nicht.
Als der bisherige Kommodore, Ritterkreuzträger Gerhard Schöpfel, Jagdfliegerführer Süditalien wurde, übernahm Major (01.01.43) Priller im Januar 1943 das Geschwader. Aufgrund seiner nun hohen Position flog er nur noch selten selbst gegen den Feind - bis Oktober konnte der Bayer deshalb nur noch 5 weitere Siege erringen und wurde im Rennen um die ersten 100 Westsiege am Kanal durch seinen Freund Egon Mayer vom JG 2 geschlagen. 
1944 vergrößerte die RAF zusammen mit der USAAF den Druck auf die Luftwaffe, um die Invasion in Frankreich vorzubereiten.
Am 4. Juni 1944 erhielt Oberstleutnant (01.01.44) Priller Befehl, sein gesamtes Geschwader wegen andauernder britischer Jagdbomberangriffe weit ins sichere Hinterland zu verlegen. Priller, mit der Verlegung gar nicht einverstanden, wollte seinen Staffeln nach zwei Tagen folgen.
Als starke alliierte Bodentruppen unter dem Schutz von über 12.000 Jägern und Bombern am 6. Juni in der Normandie landeten, erhielt Priller in aller Frühe einen aufgeregten Anruf von der für die Normandie zuständigen Jagddivision in Paris - auf die Frage, wie viele Maschinen er denn zur Verfügung hätte, antwortete Priller kühl: "Zwei Fw 190 - ich und mein Rottenflieger! Der Rest ist ja gerade erst verlegt worden!" Dem Anrufer verschlug es die Sprache - nur zwei Maschinen?! "Ich werde fliegen, ... ja auch mit nur zwei Maschinen, sagen Sie das dem General!", unterbrach Priller die Stille und knallte den Hörer auf. Priller und der als sein Rottenflieger zurückgebliebene Unteroffizier Wodarczyk flogen! Die beiden Focke-Wulf Fw 190 starteten gegen acht Uhr und nahmen Kurs auf die Normandie, der Kommodore machte sich über die Überlebenschancen sicherlich keine Illusionen. 
Bereits weit vor dem Einsatzgebiet trafen die beiden auf riesige Pulks amerikanischer "Mustang"-Jäger. Diese rechneten aber wohl mit wilden deutschen Angriffen und flogen in großer Höhe - die beiden "Abbeville-Boys" flogen hingegen sehr tief. Je weiter sich Priller dem Strand näherte, desto mehr feindliche Jäger tauchten auf. Hunderte "Thunderbolt", "Mustang" und Spitfire waren im Einsatz. Doch keiner schien die zwei tieffliegenden, unauffälligen Deutschen zu bemerken.
Schließlich tauchte die Küste der Normandie auf - Priller und Wodarczyk schwenkten auf den Strand ein, wo Hunderte Landungsboote unzählige britische und amerikanische Soldaten an Land setzten. Die zwei deutschen Maschinen erschienen zwischen der zweiten und dritten Landungswelle über dem Strand des britischen, hart umkämpften Invasionsabschnittes "Sword".
Priller jagte in etwa nur 50 Metern Höhe über den Boden und beharkte die Truppen mit seinen Bordwaffen. Wie durch ein Wunder waren in diesen entscheidenden Minuten keine alliierten Jäger zur Stelle. Als diese endlich eintrafen, waren Priller und sein Rottenflieger längst wieder weg.
Erneut im Tiefstflug erreichte beide Maschinen wohlbehalten ihren Heimatstützpunkt. Noch schweißgebadet, rief Priller unmittelbar darauf die Jagddivision in Paris an und berichtete von seinen Beobachtungen.
Dies war sicherlich einer der verrücktesten Einsätze des gesamten Krieges - er wurde im legendären und prominent besetzten Kriegsfilm "Der längste Tag" stilgerecht verewigt.
In den folgenden Wochen flog Priller aufgrund der Pilotenknappheit wieder vermehrt Fronteinsätze. Am 15. Juni 1944 erreichte der Oberstleutnant als siebenter Jagdpilot der Westfront seinen 100. Luftsieg [82], wofür er die 73. Schwerter zum Ritterkreuz mit Eichenlaub erhielt. Im selben Monat konnte Priller einem seiner besten Piloten, dem alten Haudegen und erfolgreichen "Bomberkiller" Leutnant Adolf Glunz, nach 60 Siegen zum 508. Eichenlaub gratulieren.
Aufgrund seiner Unersetzbarkeit wurde Priller nach 300 Einsätzen nun mit einem strengen Feindflugverbot belegt, das er allerdings mehrmals missachtete. Im Oktober schickte er seinen 101. und letzten Gegner in die Tiefe - unter seinen Opfern befanden sich u.a. 68 Spitfire, 11 Hurricane, 2 P-51 "Mustang", 2 P-47 "Thunderbolt", 8 B-17 "Flying Fortress" und 3 B-24 "Liberator". Seine glänzenden flugtaktischen und führerischen Fähigkeiten brachten ihm nach dem Krieg den ehrenvollen Titel "Mathematiker der Lüfte" ein.
Am 1. Januar, am selben Tag erfolgte seine Beförderung zum Oberst, führte Priller das gesamte Jagdgeschwader 26 im Zuge der Operation "Bodenplatte" zum Jagdbomberangriff gegen amerikanische Flugfelder in Belgien. Dies war einer der letzten Einsätze des Schwerterträgers.
Am 31. Januar 1945 wurde Oberst Priller zum Inspekteur der Jagdflieger West unter dem General der Jagdflieger Brillantenträger Oberst Gollob ernannt. Seine Ernennung überraschte, da er nur kurz zuvor an der Seite von Günther Lützow, Hermann Graf, Hannes Trautloft [64] und Johannes Steinhoff im Zuge der "Meuterei der Jagdflieger" massiv gegen Göring aufgetreten war!
Ab Mai 1945 war Priller Kriegsgefangener der Westalliierten. Nach dem Krieg engagierte sich der populäre und überall sehr beliebte Priller in der "Gemeinschaft der ehemaligen Jagdflieger", trat jedoch nicht wieder in die Bundesluftwaffe ein. Statt dessen war er als Geschäftsführer einer bekannten Augsburger Brauerei erfolgreich.

Im Mai 1961 starb Priller im Alter von erst 45 Jahren überraschend an einer schweren Herzattacke. Während der Beisetzung in Augsburg flogen Düsenjäger der Bundesluftwaffe zur Ehrung über die Menschenmenge.