瓦特和羅巴克的合作，在風雨同舟中拚到了最後，1768年，第一部真正能夠運轉的蒸汽機終於誕生了。1769年，瓦特的專利申請得到批準。但是卡倫煉鐵廠的設備和技術不太好，所以這部蒸汽機遠遠未能實現瓦特對它的要求。它隻有一個汽缸，活動杠杆隻能在垂直麵上往複擺動，運轉情況也不好，效率並不比紐可門機器高多少。看到這部機器的人，有的搖搖頭，有的嗤之以鼻，風言風語，冷嘲熱諷不時傳到瓦特和羅巴克的耳朵裏，瓦特感到很難受。
這兩年，英國遭遇了經濟蕭條，羅巴克的境況越來越壞，工廠倒閉了，糖瘓的礦坑又賣不掉。在這困難重重的情況下，瓦特懇求暫停試製工作，讓他回去繼續完成他的運河測量任務，羅巴克同意了。
由於過度的勞累，再加上精神上的打擊，瓦特的頭痛病又犯了。不僅如此，他鍾愛的妻子瑪格麗特·米勒患病也絲毫沒有好轉，醫生請了好幾個，藥吃了不少，她還是拋下瓦特和一個八歲的孩子，與世長辭了。瓦特陷人深深的悲痛和絕望之中。
沒有多久，瓦特收到了羅巴克的來信，說他實在走投無路，隻好向搏爾頓投降了。因為他借博爾頓的那筆錢，期限已到，他不得不把他和瓦特合夥的合同轉讓給博爾頓。
盡管這個合作，正如有些人所描述的那樣：“那一切還隻是影子，純粹的想象，要使它實現，還需要光陰和金錢。”但是有的人還是看出了，博爾頓是廉價購買了一項能給他帶來無限收益的權利。
羅巴克這樣做，確實是出於萬不得已。不過對於瓦特來說，卻是意料中的事。既然羅巴克主動提出來。博爾頓又願意冒此風險，代替羅巴克和他合作，他哪有不樂意的呢！
希望之火又在瓦特心中熊熊地燃燒起來。
1774年5月，在羅巴克的金內爾住宅睡了幾年大覺的那部蒸汽機，很快被拆卸下來，運到索霍工廠。瓦特也辭去了測繪喀裏多尼亞運河設計圖的工作，風塵仆仆地來到索霍，開始了他新的戰鬥。
索霍工場坐落在伯明翰的北邊。伯明翰是個真正的工業城市。比起愛丁堡來，要繁榮得多。現在瓦特的新住處，與金內爾住宅相比，有著完全相反的兩種氣氛。金內爾住宅幽靜雅致，而索霍卻顯得熱氣騰騰。
瓦特憑窗觀賞著這兒的夜景，感慨萬千。這裏是一個人口很多、煤藏量極為豐富的區域，整天整夜可以聽到連續不斷“叮叮當當”的鍾聲。熔爐的光輝把整個工場照耀得通紅，真是名不虛傳的“黑鄉”。
但是，瓦特也注意到這兒有個很特別的景象，那就是離開這人口密集的工業中心並不太遠的外圍，卻又是另一個世界。那裏是些被圈的牧場，牧場上散布著稀少的村落，還有沃裏克城堡，遠遠地還能看得清那齒形的牆垣。風光是相當漂亮的。
瓦特和博爾頓開始合作後，很快就顯出一些苗頭。博爾頓把自己培養多年的熟練工人派來給瓦特做助手。這些助手技術都特別好，所以，瓦特在這些能幹的助手協助下，不到半年時間，機器已經能夠運轉得很正常了。這對瓦特是個極大的鼓舞。雖然離開最後的成功，還相當遙遠，但是，這畢竟向成功的目標走近了一步。
希望的曙光已經看得到了。瓦特激動地寫信把這個好消息告訴他的爸爸：
“……我為之到這裏來的那樁事情，現在成功了，也就是說，我製造的那部機器，現在運轉正常了，並且產生了相當大的效果。我估計這項發明，將對我非常有利，對社會更有不可估量的利益……”
在瓦特的助手中，有一個名叫威廉·默多克的工人，非常聰明和勤勞，博爾頓和瓦特都非常喜歡他。默多克是蘇格蘭一個水車匠的兒子，而瓦特也是蘇格蘭人，所以兩個人的關係非常密切。有一天，默多克知道瓦特蒸汽機的專利證是1769年申請的，現在已經過去五年多了，不到10年就要期滿了，於是他提醒瓦特說：
“瓦特師傅，對於那些相似的發明和瞞混偽造者的競爭，你可要提防一下呢？是不是請求延長你的專利權的期限呢？”
瓦特覺得這提醒非常靠要，於是在1775年2月23日，他向下議院呈遞了一份請願書，要求延長他的專利權期限。
當時瓦特在科學界已有一些名氣，再加上博爾頓跟一些貴族有來往，所以他的報告得到了有關部門的考慮。負責調查的委員會，進行了多方麵的調查了解，特別是羅巴克的證詞，起了決定性的作用。羅巴克是第一個認識到這項發明的實用價值的人，他對瓦特的這項發明成果作了如下十分公正的評判，他說：
“蒸汽機比較於通常的火力機，以同等的燃料耗費量，至少多做一倍多的工作……凡是需要動力的地方，無論用來幹什麼，它都是有利的。”瓦特和博爾頓在試驗、建造和試用方麵已經用去3000多鎊，預計全部費用至少要達到一萬鎊之多。他著重說：“可是這樣一筆錢，比起它對英國和全世界的利益來說，算得了什麼呢？”
羅巴克這種光明磊落和仗義執言的態度，使瓦特和博爾頓都非常感動。在這部機器的初期試製過程中，他花的精力和錢財還算少嗎？可是在證詞中，他卻隻字不提。這樣他的證詞就具有特別大的說服力。
關於瓦特的這個申請，很快被批準了。期限為25年。瓦特這才鬆了一口氣。因為他製造和出賣自己的蒸汽機的獨占權，用不著擔心它很快就失去，時間還長著呢。
瓦特的蒸汽機，雖然已經運轉良好了，但是要實現預想的目標，不僅要在技術上進一步克服許多難關，而且還要花費很大的款項來組織工廠和配備適當的設備。所以瓦特和博爾頓決定正式簽訂合同，成立博爾頓——瓦特公司，合夥進行蒸汽機的改進和製造工作。