出去後不久，瓦特就在格拉斯哥城的一家數學儀器店裏，開始學習製造儀器。這份工作很合瓦特的意願，既順手，又能向長者學習一些技藝。唯一不好的就是，店老板太吝嗇，對瓦特非常刻薄。不過時間長了，瓦特覺得這份工作的收入太低，，並不能維持自己的生活，更別說解決家庭的困難了。於是，一個偶然的機會，他又跟隨一位老船長去了倫敦。原以為到了那裏之後生活會好一些，可是誰知道他遇到了更大的困難，他這才知道原來在倫敦立足是很不容易的。此後的一段日子裏，瓦特幾乎每天都徘徊在街頭，尋找謀生的職業。可是許多天過去了，他卻一無所獲。
最終，在萬不得已的情況下，瓦特以不計報酬的特殊條件，終於在一家鍾表店落了腳。盡管寒酸的生活摧殘了瓦特那經不起折騰的身體，使他失去了青春的活力，但同時也磨練了他堅強的毅力。一段時間後，瓦特離開了這家鍾表店，返回了格拉斯哥城。
再回到格拉斯哥，瓦特就計劃要支撐一個門戶，開設一家製造數學儀器的小商店。可是就在他興致勃勃地開始自己的計劃時，卻又遭到了同行業主的阻攔和刁難，最終沒能實現。後來，就在危難之際，他幸運地得到了格拉斯哥城一位大學教授的幫助。在格拉斯哥大學校園裏，教授為瓦特借了一間房子，名義上是專門為大學製造數學儀器，其實隻是修理一些理科儀器。這所學校擁有著當時較為完善的教學儀器和試驗設備，圖書館內也藏有大量的技術理論書籍。所有這一切都為瓦特創造了良好的學習和試驗環境，使得他在修理儀器時認識了先進的技術，開闊了眼界，同時也閱讀了一些有意義的科學書籍，從而打開了科學知識寶庫的大門。更重要的是，在這期間瓦特還結識了一些著名學者、教授，瓦特經常會與他們討論改進蒸汽機的技術和理論。從他們那裏，瓦特學到了很多高深理論和尖端技術，這對他後來的發明奠定了牢固的理論基礎。在這裏，瓦特如饑似渴的求知欲很快得到了滿足；在這裏，瓦特恢複了身體，恢複了青春。當時，他剛剛20歲。
坎坷的道路，讓瓦特看到了人世間的辛酸和不平，但他並沒有氣餒，而是更有勇氣。最終，他通過自己那雙勤勞的雙手，通過高尚的勞動，迎來了新的光明和希望。
3．最初對蒸汽機的設想
“解決問題的途徑，必須要從保持汽筒的溫度開始考慮，可要怎麼保持呢？”
“如果在汽筒的外邊安裝一個分離凝結器，蒸汽就能夠在凝結器內化成水，汽筒也就不會冷卻，這樣也就不至於浪費熱量了。”
1764年，格拉斯哥大學請瓦特修理一台紐可門式蒸汽機，像那些熟練的機械工人一樣，瓦特也很細心地修理著。在修理的過程中，瓦特漸漸地對這台機器產生了十分濃厚的興趣，他決定要使這台機器複活，讓它完美無缺。修理完畢後，瓦特在汽鍋中倒了些水，機器很快發動起來，但幾分鍾後就又停了下來。瓦特腦子中閃過一個問號：為什麼呢？經過仔細觀察後，瓦特發現這台機器存在著很嚴重的缺點，即汽筒裸露在外，四周的冷空氣使其溫度逐漸下降，蒸汽放進去後，汽筒尚未熱透便有一部分變成水了。若要使汽筒再次變熱，就會消耗許多蒸汽，這樣一冷一熱、又一熱一冷地反複循環下去，隻能有1/4的蒸汽做功，而其餘3/4的蒸汽都會浪費掉。
發現這個缺點後，一向善於動腦筋刻苦鑽研的瓦特就開始認真思索改進的辦法。他心想：解決問題的途徑，必須要從保持汽筒的溫度開始考慮，可要怎麼保持呢？為了解決這個問題，瓦特可以說是費盡了心血，有時會查閱一些書籍，有時會一個人呆在房間裏比劃著，有時也會找別人一起討論。
直到1765年春天，一天，他在格拉斯哥大學校園中的草坪上散步時，突然想出了一個解決的辦法：如果在汽筒的外邊安裝一個分離凝結器，蒸汽就能夠在凝結器內化成水，汽筒也就不會冷卻，這樣也就不至於浪費熱量了。就這樣，瓦特產生了采用分離冷凝器的最初設想。
產生這種設想以後，瓦特立即開始了行動，他廢寢忘食地研究，夜以繼日地試驗，排除了各種困難後，終於很快設計出了一種帶有分離冷凝器的蒸汽機。按照設計，冷凝器與汽缸之間有一個閥門相連，使它們既能很好地連通，又能立即分開。這樣一來，既能將做功後的蒸汽引入汽缸外的冷凝器，也能使汽缸內產生同樣的真空，這就很好地避免了汽缸在一冷一熱的過程中熱量的消耗。據瓦特理論計算，這種新的蒸汽機的熱效率將會是紐可門蒸汽機的三倍。
從理論上來說，瓦特的這種帶有分離冷凝器的蒸汽機很明顯地優於紐可門蒸汽機，但是，若要將理論上的東西變為實際上的，將圖紙上的蒸汽機變為實在的蒸汽機，仍需要時間。後來，瓦特辛辛苦苦地製造出了幾台蒸汽機，但發現效果還不如紐可門蒸汽機，甚至是四處漏氣，無法順利開動。盡管瓦特為了這項耗資巨大的試驗而債台高築，但這並沒有阻擋他前進的腳步，隨後，他仍然繼續進行試驗。
當布萊克知道了瓦特的奮鬥目標和艱難的處境時，便將其介紹給了自己一個非常富有的朋友——化工技師羅巴克。羅巴克曾在蘇格蘭的卡隆創建了一座規模較大的煉鐵廠，他本人對發明也有著極大的熱情，而瓦特的設想也讓他很感興趣，他決定幫助瓦特。當即便與他簽訂合同，讚助瓦特進行新式蒸汽機的試製。