就在研究進展不太順利的時候，英國弗萊明發明真空二極管的消息傳來，像閃電一般照亮了德福雷斯特前行的道路。德福雷斯特再也坐不住了，他一路小跑穿街走巷，選購玻璃管，添置真空抽氣機，為自製電子管尋找材料。一邊跑還一邊思考，等到材料湊齊，設計方案也基本構思成熟。他選擇了一段白金絲製作燈絲，也在燈絲附近安裝了一小塊金屬屏板，把玻殼抽成真空通電後，果然也“追尋”到電子的蹤跡。
然而，多年孜孜以求的苦思，德福雷斯特不願就此中止有趣的試驗。他沉思了一會兒，突然抓起一根導線，彎成“Z”型，小心翼翼地把它安裝到燈絲與金屬屏板之間的位置。這根導線，或許他想用來同時接收燈絲發射的電子，或許還想派上其他什麼用途。殊不知他裝上的這根小小的導線，竟會影響到20世紀電子技術的發展進程。
德福雷斯特極其驚訝地發現，Z型導線裝入真空管內之後，隻要把一個微弱的變化電壓加在它的身上，就能在金屬屏板上接收到更大的變化電流，其變化的規律完全一致——德福雷斯特發現的正是電子管的“放大”作用。後來，他又把導線改用像柵欄形式的金屬網，於是，他的電子管就有了三個“極”——絲極、屏極和柵級，其中那個柵極承擔著控製放大電信號的任務。1907年，德福雷斯特向美國專利局申報了真空三極管（電子管）的發明專利。
然而，由於合夥人的欺騙，德福雷斯特的公司曾兩度倒閉。1912年，他甚至無辜受到美國紐約聯邦法院的傳訊，有人控告他的公司推銷積壓產品，進行商業詐騙。愚昧的法官判決說，德福雷斯特發明的電子管是一個“毫無價值的玻璃管”。
1912年，頂著隨時可能入獄的壓力，德福雷斯特來到加利福尼亞舊金山附近的帕洛阿托小鎮，堅持不懈地改進真空三極管。在愛默生大街913號小木屋，德福雷斯特把若幹個三極管連接起來，與電話機話筒、耳機相互連接，再把他那隻“走時相當準確的英格索爾手表”放在話筒前方，手表的“滴答”聲幾乎把耳朵震聾。
帕洛阿托市的德福雷斯特故居，至今依然矗立著一塊小小的紀念牌，以市政府名義書寫著一行文字：“李·德福雷斯特在此發現了電子管的放大作用。”用來紀念這項偉大發明為新興電子工業所奠定的基礎。這個地方，如今已成長為全球聞名的矽穀。
——傳世佳言——
這個玻璃泡是我的新發明，它可以把遠在大西洋彼岸傳來的微弱的電磁波加以放大。曆史必將證明，我發明了空中帝國的王冠。
德福雷斯特是一位多產的發明家，一生獲得了多達300餘項專利。除了電子管之外，他的發明還包括在電影膠片邊緣錄製聲音的技術、醫學上使用的高頻電熱理療機等等。他在商業上卻屢屢失敗，技術發明並沒有給他帶來什麼經濟效益，許多重要的專利都低價賣給了美國電話電報公司，就連電子管放大器的專利，也隻賣了39萬美元。但是，他的發明也為他贏得“無線電之父”、“電視始祖”和“電子管之父”的稱號。
1961年7月30日，88歲高齡的李·德福雷斯特在加利福尼亞的好萊塢去世，下葬於綠樹環繞的聖弗朗多公墓。