正是在月光学会中，一位学者告诉博尔顿，何必舍近求远，向美国去求教能人呢？月光学会中正有一位研究蒸汽机的工程师，他就是瓦特。这位学友把这个信息告诉了瓦特，建议瓦特务必去拜访一下博尔顿。这样瓦特与博尔顿就成了朋友，交谈中互相得到了很多启发。博尔顿富有雄心壮志和大胆创造精神。他说他对任何机械方面的改进都感兴趣，他要使自己的贸易范围年年扩大，要为全欧洲工作，制造一切能够构成一般需要对象的商品：金、银、铜、包金、镀金、人造金、钢、白金、玳瑁……
1767年，瓦特曾去博尔顿的索霍工厂参观，瓦特很赞赏那里的冶金工作完善；而博尔顿，对瓦特正在探索的蒸汽机更是向往不已。第二年，博尔顿又专门请瓦特到工厂里来，和瓦特进行过仔细的探讨。博尔顿产生了强烈的愿望要与瓦特合作，1769年，他写信给瓦特详细表达了自己的设想。他说：“我认为要充分利用您的发明，就必须有钱，必须十分细心地去实现和拥有广阔的贸易关系。要保证您的发明投产成功，就决不能让一般的机匠去制作，因为那些无知又没有经验的机匠，在设备缺乏的情况下，只会把您的发明做糟。……而我们可以专门招雇并培训一些优秀的工人，把最好的工具交给他们，然后让他们去制作这世界还只有这惟一一台的蒸汽机。这样，在执行过程中，我们可以节约大约20%，而质量则可以达到请专门的科学仪器制造者才能制出来的水平。”
瓦特当然愿意再次获得机会。但是关于蒸汽机的制造，他和罗巴克签有合同。这事得需要与罗巴克磋商。罗巴克表示他可以考虑接受这项建议，不过要明确规定博尔顿只是沃里、
克斯塔福德和德比三个郡的专利证让受人对这个条件，博尔顿感到不能接受，他认为这是对他的索霍工厂的蔑视，更没有理解他在对瓦特这一新发明上所寄托的希望。他愤愤地说：“我的意见是在我们工厂旁边，在我们运河岸上，建设一个工厂。在那里，我想安置制造机器所必需的全套设备，而且这个工厂可以向世界上提供各种大小机器。……仅仅为三个郡而制造，那就不值得这么费事了。值得费事的目的，是为了全世界制造。”
不过后来事情的发展给博尔顿提供了可以继续进行这个计划的机会，因为罗巴克破产了，他欠博尔顿1200英镑。博尔顿很大方地提出他可以放弃罗巴克的这笔债务，只要罗巴克将他与瓦特合作的合同转让给他。事情就这样定下来了，博尔顿成为第二位与瓦特的合作者，他俩签订了上次与罗巴克签订的内容相同的合同。
有人说，博尔顿这一次得到了极大的便宜，他只用有限的金额就廉价购买了一项具有无限价值的权利。但当时，人们一般认为，罗巴克与瓦特签订那项合作生产蒸汽机的合同，只不过是为了那“一文钱都不值的机器”，因而不管博尔顿对这一发明抱有多么大的信心和希望，持怀疑态度的人仍然是坚信：“那一切都还只是个影子，是纯粹的想象，要使它实现，还需要很多的光阴和金钱”。
博尔顿排除掉所有的怀疑和议论，坚定地要与瓦特合作。于是，瓦特在罗巴克那里试制的机器，因为没有达到预期的效果，已经被搁置了多时，现在它们被拆卸下来，运到了博尔顿的索霍工厂，瓦特立即着手进行修复工作，通过博尔顿所培养的熟练工人的帮助修理，终于在1774年11月，这台瓦特精心设计的蒸汽机能接近正常的运转了。
通过在罗巴克工场和在博尔顿工厂工作的比较，瓦特开始觉察出“工场制”和“工厂制”上许多不易觉察的细微差别，这两者绝不能混为一谈。博尔顿为瓦特所提供的，是大工业的资源以及几乎是大工业的权力。
瓦特取得了初步的成功，可距离走向市场还相当遥远，但是他们于1769年申请到的专利期限只有14年，现在已经过去了5年，在未来的八九年时间里，瓦特和博尔顿还需要付出很多的努力和投资，而且蒸汽机在当时已不是什么神秘的东西，相似发明的竞争和程度不同的模仿制造对他们来说，都是可怕的威胁。于是，瓦特决定向议会提交请求延长他们专利权期限的申请。议会组织了一个负责调查的委员会来核实瓦特的申请。他们听取了瓦特第一位合作者罗巴克的证词，罗巴克以第一位认识到这项发明实用价值的身
份，很公正地指出：（瓦特发明的）蒸汽机和现在通常的火力机相比较，消耗同样多的燃料，
至少可以多做一倍多的工作……凡是需要动力的地方，无论用于什么用途，
采用这种蒸汽机都是有利的。
瓦特的第二位合作者——博尔顿也提出证词说，在试验、建造、试用方面已经花费了3000多英镑，预计全部的费用至少要达到1万英镑。可是这笔花费，如果将它和对英国和对全世界可能带来的利益相比，并算不得什么。经过这番调查，瓦特的专利证期限被延长为25年。在批准的法令上是这
样说的：鉴于瓦特对蒸汽和蒸汽机进行研究，以便改良这种非常重要的机器，已经费了好几个年头并耗费了他的大部分资财；鉴于通过这些研究，已经实现了非常重要的改良，但由于制造那样复杂的机器所固有的困难，以及由于必需的试验所要求的长时间，以致他不能在1774年年底以前完成他的发明；鉴于要用必要的细心来制造这些机器以及能以公道的价格出卖机器，大概要花费很大的款项来组织工厂和配备适当的设备；又鉴于要使相当多的公
众能够清楚地了解发明物的效用及使用发明物与自己相关的切身利益，这也还需要有好几年的时间，所以上述专利证书所定的期限可能在詹姆斯·瓦特按照他的劳动和他所发明的价值来收获利益之前完全消失……，因此规定……
下面是规定延长专利期限的年限。
又过了几年，瓦特的专利还没有能带来任何利益，而它的费用甚至已经达到了四五万英镑。幸亏博尔顿并没有放弃他的其他工业，他靠这些工业的收入用来弥补蒸汽机生产上的费用；瓦特也搞出了另外一个叫做“拷贝机”的小发明，它的收入投入在蒸汽机上了。他们有几次又都到了几乎山穷水尽的地步。
在1778年和1780年，博尔顿不得不相继卖掉一部分从他父亲和妻子那儿得来的财产，有一次到了圣诞节差一点就没法付还到期的债务，甚至发不出工资的地步。1782年瓦特在忧虑中甚至说：“如果他们（指债权人）愿意放弃对我的各种债权，我几乎想把我自己所有的一切都交给他们，再把我的命运交给上帝去安排。我不能在我现在所处的忧虑状态中生活下去……”瓦特从小体弱多病，性格懦弱悲观，又不善经营，这样长期在债务中打滚不得翻身，他简直是受不了啦！
幸而在这时，瓦特从材料方面得到了后面我们将要介绍的“铁疯子”威尔金森的帮助，又从博尔顿的工厂里发现了一位聪明能干，能够很好配合的助手——工人默多克。坚持到1786年到1787年，索霍工厂终于偿还了所有的债务，并且开始赢利。至此，瓦特才从几乎是山穷水尽的困境，走到了柳暗花明又一村的光明境地。难怪有的史学家认为，瓦特有幸遇到了两位有眼光、有魄力的企业家罗巴克和博尔顿，才使他的发明终于走向了社会，进入了市场。否则，他的命运也许会像其他一些郁郁不得志的发明家如帕潘，以及特里维雪克或菲奇那样，带着自己的发明和郁闷不平告别人间。要知道，发明家常是比较清贫无资金，又比较内向不善于经营开拓市场的那样一种人。因此，科技史学家们在瓦特蒸汽机的发明成功的事情上，认为罗巴克和博尔顿值得与瓦特分享光荣，即使不能分享发明的光荣，至少也应分享使发明从理论上的、图纸上的设计转化为实物、转化为产品进入市场的光荣。要
知道，为了达到这个目的，两人都不惜付出了几乎倾家荡产的代价。
瓦特很感谢，也很钦佩博尔顿给他的支持，感谢他有足够的勇气和远见的胆识进行这种带有极大风险性的投资。他说：“博尔顿先生的积极性格及其深信未来，是我的天生胆怯和平衡的积极力量。”尽管罗巴克和博尔顿这两位富有远见又具有魅力的企业家给了瓦特以经济上极大的支持，哪怕因此而导致破产也在所不惜，坚信瓦特蒸汽机能取得成功，并且正如博尔顿所夸口的，“要为全世界生产动力”，然而，他们都未能摆脱在试制生产瓦特蒸汽机的过程中所遇到的困扰，这困扰延续的时间前前后后长达约20年对罗巴克和博尔顿来说，缺的不是金钱，因为他们有足够的经济实力；对瓦特来说，缺的也不是原理或技术设计，这两个方面都是过硬的。
那么，蒸汽机走向成功还缺少的关键一环是什么呢？是材料，是加工的工艺。虽然人类在瓦特发明蒸汽机之前已经由铜器时代进入了铁器的时代，但对于铁的加工仍是相当原始、相当简陋的手工生产方式，而且有相当多的工具和简单的机械还停留在木制阶段。
拿18世纪初出现的纽科门蒸汽机来说，仍旧是工匠出身的手艺人用手工攒合起来的工匠工艺水平的产物，比中古时代的制作水平高不了多少。他的那种蒸汽机，28英寸口径的汽缸和活塞之间压根儿没有能紧密吻合，而存在着0．5英寸左右的间隙。为了弥补纽科门蒸汽机的这种缺陷，人们在活塞的顶部浇一层水来封闭缝隙。这样做的结果，蒸汽机虽说可以工作，但却降低了机器的效率，因为水使汽缸的温度降低，势必要浪费其中的一部分蒸汽。
瓦特加以改进的蒸汽机，目的就是要使汽缸始终保持着它的高温，以免蒸汽散失，造成燃料的浪费，所以不能再沿用纽科门蒸汽机中采用的水封闭活塞的手工艺土办法，它要求一种精密的机器造型，它要求有金属造成的汽缸，汽缸的内壁必须光滑，才能使活塞与汽缸之间吻合得十分严密而又能活动自如；它要求金属与金属的各个衔接的地方必须衔接得十分坚固，而“关节”处又能进退灵活。正是这种材料和工艺的严格要求使瓦特试制蒸汽机过
程进展不顺利，用手工锻打出来的金属汽缸和各种部件，总是协调不好，达不到预期的要求，汽缸与活塞之间吻合不严密，一工作就“嗤嗤”地漏气。17世纪中叶以前的英国，当时是一个缺铁的国家，它的某些附属工业所需要的铁，一般是从瑞典或俄罗斯进口的。英国并不是缺铁矿，铁产量低的原因是因为英国一直没有找到适合的炼铁的燃料。传统的炼铁方法是将从森林中砍伐出来的树木烧成炭，用炭去炼生铁，为此英国已经损失了大片的森林，而随着森林的消失，炼铁的高炉难为无米之炊也悄悄消失。直到18世纪才陆续有人申请用煤或用煤加工出的焦炭作为炼铁的燃料，这样铁的生产才逐渐出现一些转机。
这期间，在英国出现了一位对炼铁很有贡献的工业家，也是对瓦特蒸汽机成功作出关键性贡献的人，他是威尔金森。威尔金森1720年出生，20岁那年继承了父亲的产业而经营炼铁厂，并自己建造了一座炼铁厂。40岁左右的时候，他也是当时“月光学会”的成员
之一，他本人算不上是发明家，但却是一位关心发明，善于敏锐地觉察到新发明的实用价值，并且为着自己的利益而将新发明转化为现实的人。威尔金森在承接制造大炮加工任务的时候，发明了一种钻孔机给大炮钻孔，钻的孔的精确度可以达到所需要的精密要求，可以将铁板与铁板之间通过铆钉而互相紧密地连接成不留丝毫空隙的整体。