西門子一心撲在事業上，很少考慮個人生活方麵的問題。也許正是由於這個原因，他直到36歲時才結婚。1852年10月1日，西門子與馬提爾德·德盧曼小姐在哥尼斯堡舉行了婚禮。接著，他們到巴黎等地去旅行，然後回到柏林。這時，西門子—哈爾斯克公司在柏林建造了一座大工廠。他們就在工廠的前區安下了家。
西門子—哈爾斯克公司的工廠仍然以生產電報機為主，同時在這種技術基礎上，開始向其他方麵發展。這是因為，西門子從俄國回來後，就曾經表示過，他“對建立電報線路已經不感興趣了”。因此，從19世紀50年代末期起，雖然西門子對電報通訊技術的研究和敷設電報線路的工作並沒有完全停頓下來，但是他已朝著一個新的方向開拓進取了。
自從1831年英國物理學家法拉第發現電磁感應原理後，很多人都在進行發電機的研製工作。但是，這項工作進展很慢。主要原因在什麼地方呢?就是人們隻考慮到用永久磁鐵來發電，而沒有考慮到用電磁鐵也可以發電。即使是有人想到過這個問題，但又認為，由於永久磁鐵本身有磁性，所以才使線圈產生了電流。電磁鐵的磁性，需要通上電流才能產生；隻轉動發電機的線圈，電磁鐵是不會產生磁性的，因而線圈中也就不能產生電流。這種認識，被西門子突破了。
西門子通過研究和實驗發現，在發電機上不用永久磁鐵，而用電磁鐵，同樣也可以發出電來。這是因為，電磁鐵的鐵芯，在不通電流時，仍然殘留著微弱的磁性。當轉動線圈的時候，可以利用這一微弱的剩磁，產生電流。電流再反饋給電磁鐵，促使其磁力增強。於是，電磁鐵就能產生強磁性，從而也就可以發出較強的電流來了。
1866年，西門子向物理學家馬格納斯等人報告了發電機的原理，並進行了成功的試驗，得到柏林科學研究院的肯定。同年，西門子根據自己的這一研究結果，在西門子—哈爾斯克公司的工廠裏，製造出使用電磁鐵的發電機。西門子發明的這種發電機，稱為自激式直流發電機。1867年，在巴黎舉行的世界博覽會上，展出了西門子的第一部發電機。為此，他獲得了法國榮譽勳章。
西門子發電機提高了電流強度。它的研製成功，促進了電動機的研究和改進。從19世紀70年代開始，電力在德國得到了實際應用，使人們的生產和生活發生了巨大的變化。因此，自激式直流發電機的發明，是西門子在電氣技術發展方麵所作出的一個重大的貢獻。
1867年，哈爾斯克退出了西門子一哈爾斯克公司。從此，這家公司就成為西門子公司了。西門子把總公司設在柏林，並在英國、法國、俄國等國設立了分公司。英國的分公司設在倫敦，稱為“西門子兄弟公司”，它所屬的工廠專門生產各種電氣器材。後來，西門子公司發展成為德國主要的電氣設備製造企業，在電氣工業方麵處於舉足輕重的地位。
由於自激式直流發電機還存在著不少缺點，因此，西門子繼續對它進行研究和改進。1870年，西門子公司的研究人員阿特涅工程師在西門子發電機的基礎上，製出了性能更好的發電機。為了克服直流發電機的缺點，1873年，阿特涅又研製出交流發電機。與此同時，西門子也在不斷改進發電機，創造新的型號。西門子公司不僅大量生產發電機，而且展開了電動機的研製工作。1879年，西門子公司製造的用電動機開動的電車，在柏林工業展覽會上進行了公開表演。這輛電車能坐20名乘客，以每小時12公裏的速度，在600米長的圓形鐵軌上奔跑，使參觀的人們既驚奇又興奮，讚歎不已。於是，有軌電車在柏林開始行駛了。