Williams conectó 35 golpes ganadores, pero también concedió 36 errores no forzados en 98 minutos de juego.
En cuartos de final, la estadounidense se enfrentará a la eslovaca Dominika Cibulkova, novena cabeza de serie.
La rusa Maria Sharapova, tercera favorita, también jugará los cuartos después de que se anunciase este martes la baja por lesión de la joven australiana Ashleigh Barty, 17 años, que debía jugar el partido de segunda ronda contra la rusa el miércoles.
La española Carla Suárez fue eliminada por la estonia Kania Kinepi por un doble 6-2, que será la próxima rival de Sharapova.
Su compatriota Feliciano López, en categoría masculina, se clasificó para segunda ronda al vencer al kazajo Mikhail Kukushki por un doble 6-4.
El torneo de Brisbane se juega sobre superficie dura y reparte un millón de dólares en premios.