可见，发明的灵感（现在也有人把它称做“顿悟”）在经过一段艰苦的冥思苦想、反复琢磨之后，确实会在某种轻松的状态下，突然间脱颖而出呢！随着第一项的改进，很快促使瓦特完成他的第二项重大改进。那就是，瓦特很快发现，那始终保持着同蒸汽一样热的汽缸，里面蕴藏着具有极大动力的蒸汽，而且它产生的蒸汽将不是断断续续，而是可以一直连续不断的。瓦特认识到，“为了不必用水来防止活塞漏汽，为了在活塞下去时防止空气冷却汽缸，那就必须使用蒸汽的张力作为动力，而不仅只是使用气压作为动力。”
瓦特说，“在某些情况下，我打算使用蒸汽的膨胀力（张力），它和现在一般的蒸汽机是通过气压去推动活塞做功的原理相同。这样，即使是在不可能获得足够数量的冷水时进行冷凝的条件下，蒸汽机也仍旧可以完成它的工作。”经过这样一番改进，蒸汽不再仅仅是作为一种辅助的手段被加以利用，它本身就成了一种产生运动的积极力量——蒸汽真正成为推动机器的动力，纽科门蒸汽机变成为名副其实的蒸汽机。1765年，瓦特经过改进后试制出的模型实验以后表明，蒸汽机的热效率比纽科门的蒸汽机提高4～6倍，而耗煤量却节省3/4。1769年，瓦特设计出可以“节约火力蒸汽机和燃料消耗”的分离冷凝器，并在这一年为他的这一划时代的发明获得了专利权。作为资本主义大工业动力机械的蒸汽机由此诞生了，工业革命由此成为可能。让我们来比较一下瓦特改进的蒸汽机与纽科门的蒸汽机有什么根本上的区别。
纽科门的蒸汽机工作原理很简单，锅炉与汽缸（同时也是冷凝场所）相通，当汽缸中充满蒸汽时，冲挤活塞向上移动，然后从水管处喷浇冷水，使汽缸冷却，蒸汽冷凝，活塞下降，带动和它上面相连的杠杆动作。如此反复加热锅炉里的水以获得蒸汽，再通过不断浇喷冷水以使蒸汽冷凝。汽缸与冷凝器同在一个容器里，受潜热的影响（100℃的水变成100℃蒸汽所需的热和100℃的蒸汽冷凝为100℃的水时所释放的热），造成燃料的很大浪费而做功的效率很低。
再看瓦特改进的蒸汽机，锅炉与汽缸相通，汽缸中充满汽后通往冷凝器，再从处向喷浇冷水使蒸汽冷却。冷凝器的充汽与冷凝带动与之相连的活塞上下运动，活塞再带动和上面相连的杠杆动作。这样汽缸与冷凝器分开，汽缸可以永远保持必须的高温，而单使蒸汽冷凝冷凝器可以不间断的工作。这样不但节省了大量的燃料，也可使蒸汽机的工作不再断断续续，节省了大量的时间，大大提高了效率。
瓦特和罗比森、布莱克这两位学者（罗比森后来也成为一位教授）的友谊非同一般。罗比森在他写的《蒸汽与蒸汽机》著作里曾记叙说，当他将瓦特引见给布莱克的时候，说起自己第一次见到青年瓦特时，就被瓦特的博学和智力敏捷所感动，还说：“我原本只希望找到一位工人，不曾想却碰到了一位哲学家。”罗比森还说：“每当我在工作中遇到疑难问题，就去找瓦特。无论什么问题，到了瓦特的手中，都会迎刃而解。”
至于瓦特，他对布莱克更是充满了尊敬和感激的心情，在他成名之后，他曾说：“我之所以能够有今天，多亏布莱克的巨大帮助，是他教给我物理学的理论和实验的。他始终是我的真正朋友和顾问。”有记载说，瓦特曾经用他那灵巧的双手，制造了一架小风琴送给布莱克，可见感情之深厚。
虽然瓦特在成功以后，将他产生单加设置一个冷凝器的发明设想说得那么轻松：只不过是他在一个星期天的下午，在一处安静而又僻静的草地上散步，从这头走到那头的功夫，就完成了。而事实上，将这一创造性的设想变成事实，特别是成为进入市场的商品，却经历了一段非常艰辛、困难的历程。瓦特在这一设想成功后，立即动手制作了一台有单独冷凝器的蒸汽动力模型，这个模型的冷凝器总是冷的，并且借助一台抽气机使它始终保持着真空，使它保持着理想的工作状态。而用来加热的汽缸，则用一个汽套使它的热量不致散发出去。这台实验性的模型动作起来，表现出良好的工作效率。于是瓦特确信，根据自己的理论设计的模型制造出来的蒸汽机，一定能超过他曾经修理过的纽科门式蒸汽机，甚至可以预期，它的工作效率将是纽科门蒸汽机的2～3倍。
瓦特为自己改进的蒸汽机制出了模型以后，他就决定要在模型的基础上试制样机。但他在格拉斯哥大学只是实验室的一名仪器修理工。没钱，瓦特咬紧牙关租了朋友的一间地下室，又由罗比森和布莱克提供了一些帮助，瓦特又请了几名助手，就四处去买材料，在地下室里敲敲打打试制起来。正像有的科技史学家所分析的那样：“发明是一回事，会不会经营利用
发明却是另一回事。”
瓦特的蒸汽机图纸是设计出来了。但要使它变成实物，还有相当多的困难和障碍在等待。简直可以说，那需要配备一套齐全的工业设备才能满足制作蒸汽机的要求。首先要有一批既有体力、经验又有充分智力和理解力的工作者，去代替当时只能从社会上搜罗到的各类手工工匠，如钟表匠、白铁匠、水车匠等，才能完成那些有复杂要求的各个机器部件。比如说，蒸汽机的汽缸，必须达到几何作图那样的精确度，蒸汽出口的活塞，必须具有能紧密贴合但又不过分接触的灵敏度，还需要有一些部件必须制作得像手表的齿轮那
样精确。这一切，对当时的工艺发展水平来说，都是超标准的要求。岂是几个匠人用手工操作和在市面上随意买一些器材就能制作成功的？瓦特的试制遭到了一次又一次的失败。
不幸的是，每失败一次就得报废一批器材，器材报废了就需要再去购买。这样，瓦特就不得不四处去借债。借的债越来越多，而成功却始终没有看到希望，因为用来做汽缸和冷凝器的器材总也达不到密封的要求，一启动它们就“嗤嗤”地漏气，达不到预期的效果。瓦特实在无力将这试制工作继续下去了，加上这时妻子又生了孩子，加重了家庭负担，瓦特不得不暂时停止他的试制工作，而接受了另外一项的工作——为修挖一条喀里多尼亚运河进行勘察，绘出线路图，并且在工作中发明了一种简便的测距器和制图机。瓦特的勘察工作进行得胜任而又愉快，如果不是在这期间出来一位热心的实业家罗巴克，那么，瓦特发明的蒸汽机也许像其他运气不佳的发明家那样，被搁置起来，直到他死后若干年才被发掘，才被认识。
罗巴克本是一位医生，但对办工业很感兴趣，这时他已经拥有了几座工厂和矿场，并且刚刚获得博罗斯托内斯矿场的开采权，排除矿井中的积水成为他迫切希望解决的问题。一天，他在格拉斯哥大学的布莱克教授那里，谈到矿井抽水的严重性，布莱克向他介绍了瓦特正在试制的新型蒸汽机，预期如果采用这种蒸汽机，将可大大节省燃料，提高抽水的效率。
罗巴克也是懂得科学的人，一听布莱克教授的介绍，立即意识到这是一个很有前途的发明，忙问什么地方可以定购，布莱克却告诉他，瓦特已经停止了他的试制。
“为什么停止？”罗巴克问。“因为瓦特为试制他的蒸汽机，负债太多，到了无法再进行试制，甚至无法偿还债务的地步。”布莱克回答。“欠了多少债？”
“大约总有1000多镑了吧？”
“没关系，我来给瓦特偿还债务，我来为他提供继续试制的资金——当然，成功以后，应该有我的一份收益。”罗巴克毕竟已经成为一名精明干练的企业家了。
这时是1766年，经过与瓦特的接触，他们签订了一份合同：罗巴克代瓦特偿还1000镑的债务，允许瓦特使用罗巴克的卡伦铁工厂设备，向瓦特提供继续研究的资金，帮助瓦特去申请他的蒸汽机专利和推广使用——事成之后，所获得的利润，罗巴克得2/3，瓦特得1/3。瓦特很高兴地接受了这一切，他辞去了为运河勘察的工作又回过头来试制蒸汽机。他的蒸汽机正是得到了罗巴克的这种富有远见卓识的企业家的支持和帮助才得以继续进行下去的。过去人们在介绍瓦特发明蒸汽机的事迹时，往往只写到他在格拉斯哥大学草坪上散步得到了将冷凝器与汽缸分开的灵感为止，几乎很少有人提到罗巴克与蒸汽机的关系。然而写作《18世纪产业革命》的法国历史学家保尔·芒图却认为，“瓦特与罗巴克签订的这份合同，在蒸汽机史上开辟了一个时代。蒸汽机正是在这种情况下才得以走出了实验室，进入它即将加以改造的工业世界中去，这多亏了罗克巴的大胆创造精神”。瓦特与罗巴克的合作开始于1765年，瓦特于1769年获得的“节约火力蒸汽机的蒸汽和燃料消耗”的分离冷凝器专利，就是与罗巴克合作申请到的。不幸的是，经过将近10年的努力，瓦特蒸汽机还是没能走出实验室，没能获得走向市场的成功。因为用手工锤打出来的锡制汽缸严重漏水漏气，理想中的真空状态始终未能形成，直到1773年，罗巴克的矿井仍然没能得到瓦特所设想的那种高效低耗的蒸汽抽水泵，而且经过这么多年的折腾，罗巴克在经济上也承受不住了，他所经营的矿井由于严重渗水，需要不断排水而花费了很多的钱，这些耗费使他濒临破产的边缘，不能再继续承担瓦特的试制蒸汽机的研究。
瓦特由于体质一直虚弱，影响到他的性格常表现出迟疑、犹豫、懦弱和对自己缺乏信心，每当不利情况发生的时候，罗巴克总是以无比的热情在一旁鼓励他，推动他前进。
因此，罗巴克与瓦特的合作最后虽然未能获得成功，罗巴克并不因此而懊悔、抱怨瓦特或蒸汽机；而瓦特，他也始终对罗巴克给予自己的帮助怀有深深的谢意，在他临终的时候，他曾说：我的努力所能达到的成功，大部分应当归功于他（指罗巴克）的友好的鼓励，他对科学发现的关心，他敏于想出这些发现的应用。他对商业和工业有深邃的认识，他的远大的眼光，他的热心的、慷慨的和积极的气质。由于罗巴克破产的严峻现实，瓦特试制蒸汽机的工作再次中断，他不得不又背起自己的挎包，继续干着开挖运河的测量工作。
也许瓦特是发明家中难得的幸运儿，正在这似乎又到了山穷水尽的时候，出现了另一位有眼光来支持瓦特的企业家——博尔顿，瓦特和他的蒸汽机进入柳暗花明又一村。博尔顿在那时已经是一位富有的重要人物，他的父亲是伯明翰的玩具制造人，博尔顿从小就跟着父亲从事商业，同时也受过相当好的教育。他经营的索霍工厂，制造金属纽扣、表链、钢鞋扣等，还有装饰用的铜器如花瓶、枝形烛台、鼎，还有纯金银的和包镀的金银制品、人造金制品和人造玳瑁制品等。他的工场可以容纳600多个工人。但劳力太多带来一系列的麻烦，因
为一个劳力就是一个劳工，雇佣一个劳工就意味着要准备为他付出相当于能养活他，还有他的妻子、孩子的生活费用的工资。劳力多了，工场的负担就重，所以博尔顿一直在希望能寻找到某种动力，能像纽科门蒸汽机那样自动把水提上去的动力。说到这里，不得不把话题稍稍扯得远一点儿，介绍一下当时在英国伯明翰市活跃的一个综合性学术组织——月光学会。
说它是综合性的学术组织，是因为参加这个学会的成员不拘一格，既有当时很知名的科学家和哲学家，如当时就很有声望的医生、诗人和哲学家伊拉斯莫斯·达尔文（他是提出进化论的达尔文的祖父），化学家普利斯特列（他发现了氧气），有对铁特别爱好，绰号“铁疯子”的威尔金森（他给了瓦特蒸汽机以关键性帮助，他是一位制造家），有瓦特年轻的同乡，后来为瓦特助手的工匠默多克（他独立发明了煤气灯）；还有前面说到的那位纽扣制造家博尔顿（他是一位富有而又充满进取心的企业家），当然，其中还有这位忧郁而又百折不挠进行发明的瓦特，称他为工程师是后来由于他的成功而获得的尊敬，事实上他当时仍是一名修理仪器的、或为勘测运河而奔走的工人而已。
这样一个包括了科学家、制造家、企业家和新兴的职业工程师的不同身份的人聚集在一起讨论学术上的问题，也议论和研究商业上的合作，当然是一个综合性的学术组织，它反映了18世纪工业革命时期出现的科学与技术的合作，是一种历史上少见的新气象。
说它是“月光学会”，是因为这个学会的成员常在月圆之夜，利用皎洁的月光在学会的成员家中聚会，无话不谈，他们的思想活跃和不拘泥于形式的随随便便，以至到了被人看作是一批“狂人”的程度。它是那样富有吸引力，以至美国的富兰克林来到英国逗留的时候，也曾参加过他们的月光学会。现在我们就要讲到那位纽扣富商博尔顿，1766年，他曾写信给富兰克林，告诉他自己原来有一个工厂设在伯明翰市郊外的小河旁，工厂的动力就靠小河的流水推动水轮机转动，可是遇到枯水期水轮机就不转了，所以他想建造一座水坝，将山坡上流下的水蓄起来，利用水从高处流下的势能，冲动一个动轮，而这个动轮可以驱动许多不同的机器，但没能得到回音。后来博尔顿又想制造一个蒸汽泵，利用蒸汽推动活塞去加强河水的压力。他还把自己设想的模型寄给了富兰克林，请富兰克林帮助提提意见，出出主意。当时富兰克林已经是一位享有盛名的科学家了，可是也没能得到回音。于是博尔
顿打算自己来进行这项实验。