To pierwsze zadanie zrealizował John Smeaton, konstruktor kół wodnych i maszyn atmosferycznych, ustalając optymalne proporcje średnicy cylindra i skoku tłoka. Dzięki temu moc maszyn atmosferycznych wzrosła dwukrotnie.W czasie gdy Smeaton prowadził badania, Watt już wiedział, jak radykalnie poprawić maszynę atmosferyczną. Postanowił wprowadzić odrębny kondensator do skraplania pary. Dzięki temu cylinder nie musiał być schładzany, co dało duże oszczędności ciepła. Watt otulił cylinder dodatkowym płaszczem, do którego również wpuszczano parę z bojlera. Choć w patencie z 1769 roku podano, że Watt tylko udoskonalił maszynę atmosferyczną, to w istocie zmienił on zasadę jej działania. W swoim ruchu w dół tłok był nie tylko zasy- sany przez próżnię, ale i popychany przez lekko skondensowaną parę dostającą się do cylindra od góry, z płaszcza izolacyjnego.
Pierwszą maszynę zbudowano pod kierunkiem Watta w 1776 roku w zakładach Wilkinsona. W Anglii działało wówczas ponad 700 maszyn atmosferycznych, z czego ok. 500 w kopalniach. Inne zastosowania pary również pozostawały w związku z hydrauliką. Maszyny ustawiano przy kołach wodnych, by z ich pomocą przepompowywać wodę na wyższy poziom. Spadając, woda zwiększała moc koła. Warunkiem zastosowania silników parowych w przemyśle było przekształcenie ich pracy w ruch obrotowy oraz zapewnienie stałej prędkości silnika. Pierwszy problem Watt rozwiązał w 1781 roku, patentując wał obrotowy napędzany przez wahacz i koła zębate umieszczone na kole zamachowym o ponad trzymetrowej średnicy. Drugi problem zniknął dzięki regulatorowi prędkości.
