瓦特尽管是一位具有实践经验的能工巧匠，然而，他所从事的工作范围，正像他自己在伦敦的经历所表明的那样，只不过是制作仪器而已，而且这种行业和与其工作性质十分相近的钟表制造行业之间，相互严密封锁，闭关自守，要想进入他们的作坊是极端困难的。同时，行业的秘诀在他们那里也是控制相当严的。因此，这种行业对于外界实际上没有什么影响，而在那里机械工程这项新奥的工艺和行业则正在竞争中诞生。18世纪中叶的那些高明的钟表匠和仪器制作师所制作的一些精确、雅致和复杂的珍品，与同一时期的那些机械安装工的工艺粗糙的制品相比，其差异之大，几乎使人不可能相信乃是同一时代的产品。在这个时候，瓦特还从来没有见过一台真正的纽科门式发动机，因此，也就不难理解为什么他对于摆在他面前的困难，竟然毫无所知。
纽科门式发动机成功的秘诀，在于他和他的助手们本身都是作坊机匠，因而机器是由他们设计和研制的，制造出一台机器，严格地受到他们能力的限制。詹姆斯·瓦特却不是这样，他错误地设想，由作坊技匠们去放大一个仪器制作师的模型，是不会有任何困难的。
让人们来考虑，把瓦特对他当时的技术设备所提出的严格要求，与托马斯·纽科门所提出的要求相比较一下，虽然分离式冷凝器是瓦特最重大的一项发明，并且是他的蒸汽发动机的关键特征，但在这种情况下，无论是把它作为一个部件来制造，还是把它应用于发动机，都不是最大的困难所在。即使在当时，把这种分离式冷凝器应用于一台不同类型的传统的纽科门式发动机，本来并不是很困难的。其实，后来有很多纽科门式发动机通过这种方法进行了改装，从而在热效率方面，有了明显的改善，不过这些改装有时是无视瓦特专利权的。
正像瓦特的第一个模型所表明的那样，他所设想的各类改进措施超出了分离式冷凝器本身。他决心要把汽缸保持在与蒸汽相同的温度上。他认识到蒸汽在汽缸里凝聚，虽然是纽科门式发动机效率低的最主要的原因，但绝不是唯一的原因。另外的原因则是纽科门用了一种底部开口的汽缸，以及运用冷空气作为动力。在发动机的每一动力冲程中，这种冷空气在把活塞压下去的同时，也使得汽缸冷却下来，因此，瓦特决定用蒸汽取代空气。虽然他的早期试验已使他了解到高压蒸汽具有膨胀力，但致使他做出这一决定的，却是他对提高热效率的探求，而不是对利用这种动力的构思。在这里强调这一点是极其重要的。尽管他预想到了放入的蒸汽压力不会大于大气压力，但从制造的观点来看，这一改革却包含着纽科门曾经回避过的巨大的技术困难。纽科门由于使用了底部开口的汽缸，因而能够使活塞面保持少量的水，并在需要时通过管子和关闭阀把水注入箱里补充进去。这部分水起了密封作用，以弥补粗糙的汽缸膛和配合不良的活塞的缺陷。在一个密封的汽缸里使用蒸汽，则不能采用这些原始但却有效的权宜之计。活塞杆要伸出汽缸的一端，就必须使用某种形式的气体汽密填料函或密封套，而且因为绝不可能用水来密封，所以活塞必须一点不漏气地安装在汽缸内。后来证明这是所有问题中最棘手的问题，因为它提出了比当时通常的工艺标准高得多的要求。
瓦特于1765年4月在写给他最初时期的一位朋友林德博士的信中说道：
“除了这台发动机之外，我对任何别的事物都可以一概不加考虑。”然而，约瑟夫·布莱克和约翰·罗比森的积极性也丝毫不亚于这位发明家本人，不过他们的社会背景完全是学术性的，这就使得瓦特的这两位科学界的朋友，对将会遇到的实际技术问题毫无思想准备。正是由于布莱克把瓦特介绍给了他的朋友约翰·罗巴克博士，才使他在漫长而又艰辛的成功之路上迈开了脚步。罗巴克是卡伦炼铁厂的创始人，堪称苏格兰工业革命之父。他们因相识而各自所受的裨益，对瓦特来说要多于罗巴克。
约翰·罗巴克（1718—1794年）是谢菲尔德市一位刀匠的儿子。与他同名的孙子，由于对政府在进行克里米亚战争的问题上提出了不信任案，曾使阿伯丁勋爵的政府倒了台，后来由帕默斯顿勋爵执政，从此，他成了这个城市大名鼎鼎的激进派议员。罗巴克在莱顿学医，毕业之后，于1745年开始在伯明翰开业行医。然而，他最大的兴趣却是在化学方面，并且在自己家里配备了一个实验室。正是由于这一共同兴趣，最终才使布莱克和罗巴克走到一起来了，但是，布莱克的研究是纯学术性的，而罗巴克的研究则限于应用化学方面，从而使他投身于工业生涯。他开办的第一个企业是一家生产硫酸和其他一些化学产品的工厂，这些化学产品是伯明翰地区各金属行业中所需要的。这个企业的成功鼓舞了罗巴克和他的合股人塞缪尔·加伯特，在普雷斯顿潘斯又开设了一家规模更大的硫酸厂。正是由于这一冒险企业同样获得成功，才使罗巴克放弃了他在伯明翰的经营而迁移到了苏格兰。他在普雷斯顿潘斯结识了在科肯济的威廉·卡德尔，卡德尔是个热衷于促进苏格兰工业发展的人，曾试图在这里建设一座炼铁厂，但是没有取得成功。苏格兰在当时不产铁。这件有可能办成的事，激发了兴致勃勃而又富有事业心的罗巴克的满腔热情，并且为建设一座炼铁厂而开始四处选择最合适的地点。
罗巴克最后决定在斯特林郡的卡伦河畔建厂，因为那里可供应充足的水源、铁砂、煤炭和石灰石。他在这项冒险企业中的合股人是他的同事卡伯特和卡德尔。技术工人是从英格兰和科尔布鲁克达尔炼铁厂招来的，机器设备由约翰·斯米顿进行设计，第一座高炉于1760年1月1日开炉。他们第一年里炼出了1500吨铁，后来又有几座高炉建成投入生产，产量稳步增长。由于苏格兰的铁砂特别适合炼铁，所以实际上这一产量全部都是铸铁。卡伦炼铁厂后来以铸造大炮而驰名，尤其是专门制造的大口径短炮。在1779年同法国舰队的战斗中，首次证实了这种大炮具有毁灭性威力。
罗巴克的下一个步骤，是要租借汉密尔顿公爵在博尼斯附近的金内尔公馆和地产。他把金内尔公馆作为他的家，但他的主要目标却是要在这块地产上发展采煤业。到那时候为止，他所有的企业都买卖兴隆，而且他已经成为一位大富翁了，只是这项新近的投机买卖却颇不走运。他在金内尔开采深层煤的尝试，因矿井积水而遭到挫折，其水量之大，连纽科门式抽水机也甘拜下风。这是1765年的情况，当时罗巴克从他的朋友布莱克那里，第一次听到关于詹姆斯·瓦特打算要搞蒸汽发动机的详细情况。
布莱克把他的这两位朋友召集到一起，希望对他们两个人都有助益。他相信瓦特的发动机能够解决罗巴克在博尼斯的问题；毫无疑问，他也想到过像罗巴克这样一位既精明又有办法的人，是能够帮助瓦特摆脱目前所处的困境的。瓦特在仪器生意中的合股人约翰·克雷格新近去世，使瓦特蒙受了损失。因为他不得不把这位已故合股人所投到这家企业的较大部分的资金，偿付给克雷格的委托人，所以这就使他在财务方面陷于瘫痪状态。为了减轻这一损失，为了使瓦特能够继续他的试验工作，布莱克自己曾借钱给他，但他的资力毕竟有限，而且他不久就要离开格拉斯哥到爱丁堡去担任教授职务。
固然，接任他的人罗比森是瓦特的一位最可信赖的朋友，但罗比森清楚地知道，这位发明家最需要的还是像罗巴克这样一位富商的支持。
罗巴克最初对瓦特的发明表示疑虑，但很快便改变了看法，这在他1765年9月写的一封信中就有披露，他在信中极力劝说瓦特“以尽快的速度抓紧把这项发明搞下去”。对瓦特而言，这却是一件说来容易做来难的事情。进一步的试验已经向他表明，距离实际成功还相差甚远，而谋生的需要又意味着他不可能全力以赴去进行其发动机的研制。从后来的情况看，如果罗巴克一开始就在资金上给予瓦特以足够的支持，使他能够潜心于研制发动机的话，那么罗巴克是可以得到相当可观的报偿的，这在当时对他来说是完全能够办得到的，可是，他对这项研究的结果显然不够乐观。对这件事，也许在某种程度上也要责怪瓦特，因为他既没有尽力求助于罗巴克，也没有设法说服罗巴克接受自己的想法。虽然金内尔公馆距离格拉斯哥并不太远，瓦特却以健康不佳和腿脚不灵为由，婉谢了罗巴克约见他的恳切邀请。因此，在后来的一段时期，他们俩仅仅保持着通信联系。
瓦特仍在按照一种不带平衡横杆的倒置式汽缸发动机的思路进行思考，他曾按照这种思路制作了一个带有一个铜制汽缸的试验模型，冷凝器给他造成了很多困难。几个连接处多次开裂，最后他只好用一个比较简单的鼓形桶来代替。桶里装满冷水，一根蒸汽管从中通过，但其中最大的问题，亦即使瓦特多年煞费苦心的问题，则是怎样才能使活塞不漏气。后来，当我们发现瓦特曾写道，他当时希望搞出一个适用于圆周只有1/16英寸的活塞，并把这看作仿佛是一项了不起的成就时，我们是能够理解他是怎样因当时的粗糙工艺而受到挫折的。在为制作一种确实不漏气的活塞而进行的徒劳的尝试中，瓦特曾试过用油来进行封闭，也试用过各种各样的材料。这一回，他又采用了“以那种旧绳索制成的英国纸板来代替纸并加以熔化”，来作为活塞的密封圈材料，但这些权宜之计没有一项证明是完全有效或可以长久耐用的。
尽管有着这些困难，然而，这第二台模型却使瓦特满怀着希望去绘制一张图样，这是一张比原来模型大得多，而且同样是倒置式的试验发动机的图样（它幸存至今），他还打算要把这台发动机安装在金内尔。卡伦炼铁厂很可能是为了这台发动机，才在1765年11月铸造并加工了一个铁制汽缸。虽然这个汽缸是“卡伦所能制作的最好产品”，但是却令人大失所望。这个汽缸的缺陷太多，毫无用处，这个项目也就因此告吹了。
假如罗巴克能够通过提供资金来资助瓦特的活动，那么，另外一个取得进展的障碍本来是可能避免的，那就是瓦特在创造发明方面过于丰富的想象力，正像特里维西克那样，如果他因在某一方面缺少进展而感到泄气或沮丧时，他就会琢磨出某些完全不同的想法，以寻求宽慰。正是在这种情况下，瓦特在1766年2月写给罗巴克的一封信里，第一次提到了“回转式发动机”的问题，而且在其后的几个月内，这个问题似乎完全吸引了他的兴趣。这就是瓦特多年来不断追求的、令人迷惑不解的东西，其部件包括一个带方形截面的空心轮缘的轮子，一个可以提供蒸汽的空心轴和三条像辐条那样排布的辐射状蒸汽管遇到轮缘里。这台装置仅有的一张图样，没有表明蒸汽是怎样依次放入每一根管道，又怎样被切断其通路的。尽管这可能是通过中心轴上的气门和旋转轮毂来实现的。轮缘上的三个翻板阀门是通过重力和离心力来开闭，形成对蒸汽流动的调节，并且使轮子旋转，装有水银的空心轮缘的底部则起着一个固定控制点的作用。这种怪诞的设计，除了给蒸汽发动机的发展大帮倒忙之外，别无任何历史意义。
一次失败的合作
瓦特与罗巴克的合作是一次失败的合作，但对瓦特来说，他却从这次尝试中学到了很多东西，其中最主要的就是把自己的研究，由模型试验推向生产制造阶段。
由于瓦特失去了合股人，他在1766年夏天，决定变卖他在特朗格特的仪器制造商行以偿还债务。这样单靠在德尔夫特菲尔德陶瓷厂的股权并不足以在经济上维持自己的生计，因而他又决定开业经营土地测量和土木建筑工程，并且为此在格拉斯哥的国王街开设了一家营业所。事实证明，这门新的生意需要花费很多时间，以至此后的一年半中，使研制蒸汽发动机的工作处于停顿状态。人们也许会想到，如果罗巴克此刻把瓦特的发动机看成是他在博内斯被淹煤矿的救星的话，那么，他肯定会主动向瓦特提供经济援助，来打消他采取的这一步骤的，然而，说来奇怪，他并没有这样做。相反，罗巴克倒是按照瓦特的意向，帮助他去做了测量工作。
这家卡伦公司，当时在支持一项运河工程，也就是修建一条从博尼斯的福思河口经由洛蒙德湖到丹巴顿的克莱德河的运河。瓦特和罗伯特·麦凯尔一起被任命为这条运河的测量员。他们在冬季的几个月里进行了测量，并在1767年3月提交了他们的测量报告。其后，瓦特奉命去伦敦促使议会通过批准修建这条运河的提案。结果，他没有说服议会的委员会批准这项提案，后来在斯米顿指挥下修建的福思河至克莱德河的那条运河，采取了另一条路线。也许这次失败有助于说明他对议会的观点，瓦特在给他妻子的一封信里曾表达了这一观点。他写道：
“我想我再也不会去干任何与下议院打交道的事情，我从来没有见过那么多来自各方面而坚持错误见解的人聚集在一起，我想他们准是都中了邪。”
在去伦敦的途中，瓦特曾经视察了布里奇沃特运河以及艾尔河与卡尔德河之间的航道，以便增加他对运河工程的了解。我们由此可以推断，他认为自己要从事土木工程职业是正当的。当时正是兴建运河刚刚开始的重要时期，如果他坚持干下去，那么在运河史上，他也许可以同布林德利、伦尼和特尔福德齐名，然而，关于这次旅行最有意义的事情，却是他借此机会第一次来到了伯明翰。罗巴克原来曾请他去看望他的合股人塞缪尔·加伯特，显然还为他准备了其他一些介绍信。瓦特没见着马修·博尔顿，但却见到了他的密友和生意合股人威廉·斯莫尔博士，而且他还在从伦敦返回的途中，在利奇菲尔德同大名鼎鼎的伊拉兹马斯·达尔文共度良宵。
正像当年布莱克和罗比森那样，这两位名人对瓦特也立即产生了强烈的好感。这一点从瓦特在几个月后收到的达尔文写的一封信所用的语气中，便可以清楚地看到。