瓦特根據改進的紐可門式蒸汽機的原理，又經過多年的努力，總結成功的經驗和失敗的教訓，克服了生活上的困難和精神上的沮喪，並得到別人經濟上的資助，終於在1782年創製了膨脹蒸汽機，即“雙動式蒸汽機”。它在一個滑動閥的控製下，由活塞兩端輪流進汽和排汽。這樣，蒸汽既推動活塞上升，又推動活塞下降。這種蒸汽機不僅牽引力強，而且克服了單動式蒸汽機活塞運動慢而不連續的毛病。雙動式蒸汽機的創製，使蒸汽機朝著動力機的方向邁出了決定性的一步。
有了發動機和工作機，沒有傳動結構還是不能構成發達的機器裝置。原來紐可門和瓦特蒸汽機的活塞平移運動都不能變為蒸汽機主軸的回轉運動。活塞帶動搖杆隻能做上下或左右的直線運動，所以這種蒸汽機隻能用於抽水、鼓風之類的簡單操作上。為了使蒸汽機主軸能夠做回轉運動，瓦特又做了進一步研究。他保留搖杆，用行星齒傳動裝置代替曲柄連杆機構。瓦特用自己發明的，在工業上被稱為“瓦特平行四邊”的部件，把搖杆的另一端同蒸汽機的聯接杆聯結起來，並在主軸上配一個大飛輪。通過這些轉動自由的傳動裝置，蒸汽機活塞的平移運動變成了主軸的回旋運動。這樣就使得雙動式蒸汽機成為帶動各種工作機的動力機，萬能蒸汽機製造成功了。
經過瓦特改良的蒸汽機，迅速被采礦、紡織、冶金、造紙、食品、建築、機器製造等各行業廣泛采用，資本主義的工業生產進入真正的狂飆時期。
萬能蒸汽機的問世，使工業革命開始了最具有決定性的階段。蒸汽機把那些壓在大工業身上的束縛解放了。凡能獲得公道價格的煤的地方，都可以安裝蒸汽機。英國到處是煤的海洋。大自然的這種恩賜，使煤的應用在18世紀末已經很普遍了。那裏特意創設的運輸網以很少的費用把煤運到各處，全國變成了一個特別宜於工業發展的，享有優惠的世界。工廠現在可以離開其原來孤立於水流岸邊的溪穀了；工廠接近市場可以彙合集中起來形成一些巨大而黝黑的工業城市，蒸汽機使無窮的煙雲飛翔在這些城市的上空。
蒸汽機並不創造大工業。但是，它為大工業提供了動力，並使自己的發展猶如自己所任意支配的力量一樣不可抵抗。最重要的是，它使大工業具有統一性。在那之前，各種工業的相互依賴關係比較鬆散，它們各自的技術隻有很少的聯係。它們的發展是單獨的並通過完全特有的方法而形成的。使用一種共同的動力，尤其是使用人為的動力，就使一切工業的發展都要服從一般的法則。蒸汽機的不斷改善，對於采礦、冶金、紡織和運輸都有同樣的影響，工業世界幾乎成為一個巨大的工廠，在那裏，發動機的加速、放慢或停止改變著工人的活動並決定著生產率。
瓦特適應社會發展的需要，在吸收前人成果的基礎上改進的蒸汽機，推動了科學的進步，促進了社會生產力的飛速發展。瓦特本人也因此而流芳百世。
蒸汽機的普遍應用，推進了人類文明的進程。