1900年，莱特兄弟发挥他们在机械制造方面的专长，根据所掌握的理论以及前辈的经验教训，开始制造滑翔机并进行滑翔飞行试验。短短两年内，他们进行了1000多次试验。他们经历了无数次的失败，同时也尝到过成功的喜悦。有几次他们驾机滑翔的距离超过了200米，基本上掌握了滑翔机的操纵方法。1901年，他们还创造性地建立了一个小风洞，进行滑翔机风洞试验，测量各种机翼平面的升力和阻力。为了解决飞机的稳定性和操纵方面的难题，他们在地面进行了数千次模拟试验。特别值得一提的是，他们经过理论推算，首次设计出了螺旋桨。
经过上万次的试验与改进，莱特兄弟终于成功地研制出了世界上第一架由活塞式发动机带动螺旋桨推进的有人驾驶飞机，他们为之取名为“飞行者”。这架双翼机由木质材料制成，没有蒙皮，机翼采用双层构架式，翼展宽约12米，翼尖垂直向上翘起。在飞机尾部装有两片垂直尾翼，而水平翼则装在飞机头部。此外，飞机上还装有方向舵和操纵机构，以方便飞行员进行操作控制。飞机没有装起落架，采用木质滑撬在滑轨上滑行起飞。为了减少空气阻力，飞行员俯卧有机翼上进行操纵。为飞机提供动力的是一台水冷式4缸活塞发动机，发动机通过链式传动机构带动两叶片螺旋桨旋转，从而产生大约12马力的拉力。包括飞行员在内，飞机总重量约为350公斤。
1903年12月17日，莱特兄弟进行了人类历史上的首次有动力、可操纵持续飞行试验。试验中，飞机成功地飞行了约260米距离。新闻界对莱特兄弟的突破进行了广泛的报道。但这一成功并未引起美国政府及公众的重视和承认。欧洲国家对此则干脆表示难以置信。在莱特兄弟飞行成功9天以后，兰利研制的一架飞机在试飞中失事，这一事件更加影响了飞机的推广。美国人普遍对研制飞机的行为进行了攻击，认为这太浪费纳税人的金钱。莱特兄弟对几年努力的心血得不到承认备感失望，甚至一度想与飞机告别。经过一段时间的冷静思考后，莱特兄弟决心把研制工作继续下去。他们坚信，迟早有一天他们的成果会得到公正的评价。为了不至于引起公众的批评，莱特兄弟将研制工作转为秘密进行。1905年，他们制造出了一架能够在空中停留半个多小时的飞机。莱特兄弟打算把飞机赠送给美国政府，但当局仍然对他们的成就不加理睬。心灰意冷的莱特兄弟在万般无奈中只好暂时中止了对飞机的研究。
与此同时，欧洲人却仍在缓慢地探索前进。1906年11月，移居到法国的巴西人桑托斯·杜蒙设计制造出了一架“14复型”盒形翼飞机， 并成功地在巴黎试飞了25米，从而使欧洲首次出现了有动力飞行。一年后，法国的亨利·法尔芒驾驶自行研制的“瓦赞-法尔芒工复型”飞机成功地进行了一次距离为1公里的圆形飞行。这一突破使欧洲人从此跨入了一个真正的飞行时代。从这时期，飞行终于成为公认的事实。许多人甚至把飞行当作一项体育活动进行推广。不久，这项运动就风靡了整个欧洲，成为冒险精神的象征。这种情景使莱特兄弟受到了强烈的感染，他们决心振作品来，重新加入飞行者的行列。1908年底，哥哥威尔伯·莱特接受法国邀请，携带一架“莱特a”号样机抵达巴黎，进行了一次轰动一时的飞行表演，令法国甚至整个欧洲的飞行爱好者大开眼界。与此同时，弟弟奥维尔·莱特驾驶一架相似的飞机在迈尔堡为美国陆军中、高级军官进行的表演也获得了巨大成功。两次成功充分证明了莱特兄弟在航空界的先导地位，他们的成就已远远超过了欧洲人。
