为了使他们的飞机有更好的性能，有时他们甚至经常仰面朝天地躺在地上，一连几个小时地仔细观察老鹰的飞行，研究和思索它们是如何起飞、升降、盘旋的。
在研究了利连塔尔失败的原因之后，他们认为：利连塔尔虽然滑翔了二千多次，但从时间上算来，在空中总共才5个多小时，应该说空中的实践经验太少了。为此，他们就决心要把握住在空中的实验时间。
经过进一步的研究，莱特兄弟认为：飞行的关键就是要保持机械平衡，才能使飞机在空中长时间停留。因此，最好是制作成轻而结实的机架与轻而有力的发动机。
同时，莱特兄弟还弄明白了这样一个问题，即滑翔机的练习、使用、数学计算，发动机的输出功率，机架的结构等各种问题都是复杂地绕在一起的，只有圆满地取得平衡才能实现飞行。
从19世纪80年代末开始，他们始终坚持学习和钻研，进行了无数次的计算和二百多种翼面的试验，他们的辛勤劳动从量变达到了质变，结下了前所未闻的硕果。
第一架滑翔机
1900年春天，莱特兄弟一卖完自行车，空闲时就考虑飞机的平稳问题，并大胆设想，如果在机翼的前方安装升降舵的话，就一定会增加飞机的稳定性。
在合理设想的基础上，莱特兄弟开始制作第一架滑翔机。
“威尔伯，我们制成后，到什么地方去试验？”奥维尔问。“最好在宽广而又没有人家、没有树木、还得有一个小山头、下边是沙滩的地方。山头可供我们起飞，沙滩可以避免降落时摔毁……”威尔伯回答道。“我们不如请兰格雷教授帮助。”奥维尔在一旁提醒道。
一直关注莱特兄弟飞行研究的兰格雷教授接到求助后，便立即通过气象局，选定了纽约南边面临大西洋、在一条江的入海处的一个小村。这里既有急救站、气象站，还有邮局。这里几乎没有人家，非常符合试验的条件。
莱特兄弟在试验中发现利连塔尔提出的模仿鸟类翅膀的滑翔机并不管用，所以他两人根据自己的推算，设计制作了一个有上下两层、看起来是一个长方形的翅膀。这个改进的机翼既可以增加浮力，又能够大大减小空气的阻力。他们又在机翼的最后，加了一个起调节滑翔作用的小小的辅助翼。经过试飞实验，其结果仍不太理想。
1900年10月，兄弟二人果断地把自行车铺委托给家人管理，全力以赴地专门从事滑翔机的试飞研究。
为了增大机体的浮力，奥维尔在机翼的两边分别制作了一个小风洞，并采用模型翼进行实验，结果发现过去使用的数字中有几个是错误的。进而又制作了一个较大风洞，进行反复实验。大约用了两个月的时间，使用了200多种翼型模型，研究了其飞行性能。而且，莱特兄弟几乎全部测量了决定飞机机翼特性的基本要素。但是，他们没有发表任何有关这一实验的结果。
1902年，他们制作了第三架滑翔机，并进行了实验。可以认为，这架飞机就是莱特兄弟的最初飞机的原型。
从滑翔机到飞机
到1902年夏天，他们已经有了上千次的滑翔经验，掌握了驾驶技术，这更加使兄弟俩坚信，滑翔机若是在某种动力的驱动下，一定可以天空中飞行。
这时世界上已经有了汽油引擎，汽车工业正在迅速发展，但是最轻的汽车引擎也重达140千克。
至于在飞机上安装什么引擎以及引擎如何工作，兄弟二人一点都不清楚。他们为了弄清楚滑翔机的乘载量，特意在滑翔机上装砂袋，一次一次试验，最后确切知道，滑翔机最大运载能力只有90千克。
兄弟二人向制造工厂提出定作一个不超过90千克的轻引擎，而工厂的答复是：“不行。”
“我们只好自己动手制作引擎了。”
在一位叫狄拉的机械工人的帮助下，经过很长时间，费了很大力气，他们造出了一部4个汽缸12马力、重量只有70千克的汽油引擎。
引擎有了，下一步就必须解决螺旋桨的问题。当时，在滑翔机上安装螺旋桨已有人进行试验，至于像莱特兄弟这样要在乘人的滑翔机上安装螺旋桨，倒是第一次。二人经过多次实验，用长松木做成了近乎现代的螺旋桨。
9月末，一切准备就绪。兄弟二人把精心设计制造的飞机运到了试验场。在组装中，因连续不断出事故，试验只好推迟。
一些外界人士听到莱特兄弟正在制造带发动机的滑翔机，纷纷发表自己的看法。他们认为制造重于空气的飞机是不可能起飞的，甚至一些“专家”也认为制造这种飞机等于是“自杀工具”。就连权威科学家西蒙·纽科姆在1902年也曾指出：“不仅现有的各种材料，而且所有的发动机和能源都不适合于用做设计一种能在空中飞行和远距离空中载人的机器。”莱特兄弟没有被这些武断的结论所吓倒，继续对他们的飞机进行修理、改进。
当时也有人作了非常乐观的预测，这种乐观来自坚定的信念，认为人类具有无穷无尽的创造力。早在1892年，法国科学家和政治家夏尔·里歇就充满信心地说：“到1922年就会有飞向四面八方的、改善国际交通的飞机。”但是，当时对莱特兄弟及其他设计家们来说，他们的大胆设计是具有一定的冒险性的，因为有关的物质条件只是部分地成熟，如引擎出现了，但适合飞机的引擎却没有。因此，他们要实现自己的想法，只有亲自去设计飞机发动机而别无他法。
世界上最早的飞机
就在莱特兄弟忙于修理故障的时候，兰格雷教授已经制成了一架翼长16米的大型飞机，并安装了一部引擎，这部引擎的力量要比莱特兄弟的引擎力量大4倍。
10月的一天，兰格雷使用发射机将飞机发射出去，进行了第一次试习，结果飞机坠落，失败了。
莱特兄弟十分重视兰格雷的试飞，他们对有关这次试飞的报道，以及飞机制造材料等等，都一一进行了分析研究。据报道介绍，当飞机刚离开发射机时，飞机就发出一种不正常的怪声，接着，出现左右不定的摇摆，最后垂直坠落下来……为什么会失败呢？
兄弟二人在深入研究分析之后认为：第一是飞机的材料不好；第二是组装不合适；第三是驾驶员经验不足。
莱特兄弟吸取了兰格雷教授试飞失败的经验教训，严格检查自制飞机的每一个部件，丝毫不敢大意马虎。
经过多次的试运转，完全证明飞机性能良好之后，他们才决定在12月14日进行第一次试飞。
成功，失败，就在于这一飞。兄弟二人既兴奋，又担心。初冬季节，试验场上吹着冷风。二人从急救站请来了5个人以防万一。装着滑板的飞机停放在专门为滑行起飞的铁轨上。引擎已经发动，在静静的试验场上吼叫着……
威尔伯·莱特镇静地坐进了飞机。
当哥哥和弟弟握手道了声“保重”之后，飞机的吼声变大，庞大的飞机从铁轨上缓缓滑动起来，越滑越快，一瞬间，飞机冲出轨道，离开了地面……旁观的6个人——奥维尔和5个急救人员正在惊愕的时候，飞机经过30米飞行后已经安然落到地面上。
12月16日晨，在试验场附近的村子里出现了一张通告：明晨10时，将在海边进行世界上第一次载人的飞机试飞，敬请前来参观。
17日10时到了，但参观的人除了必要的3名急救人员外，只有两个观众，其中一个还是小孩。
10时35分，试飞开始了，飞机离开铁轨在空中飞行一段后着陆，这次结果较好，莱特兄弟的飞行高度达45米，飞行距离达260米。在场的人高兴地大喊：“成功了！”
除了莱特兄弟之外，5位观众成了目睹世界上第一架飞机飞行成功的见证人。这时正是1903年12月17日。
这第一次的动力载人飞机成功地飞上天空一事，从此便载入了世界史册。
没有见过这次起飞的人们，仍然不相信这消息是真的，但记者如实报道了莱特兄弟制造动力飞机载人飞行成功的消息。当21家报馆收到消息后，只有3家报纸发表了这个消息。
这时，莱特兄弟回到了迪顿城，他们继续不断地改进飞机的结构，而且进行了160多次的试飞活动。其中最长的一次持续飞行了38分钟，飞行路程24英里。到1908年9月12日，莱特兄弟在弗吉尼亚州迈尔堡表演时，飞行时间持续了67分钟。同年又在巴黎表演了一次，飞行时间两小时22分23秒，于是赢得了世界人士的喝彩。
接着，各种形式的欢迎会一次接一次地召开。当有人请他们发表感想时，威尔伯·莱特意味深长地说：“我知道只有一种鸟——鹦鹉能说会道，但它却不能高飞。”
1912年5月30日，威尔伯患肠伤寒在迪顿去世，终年45岁。
威尔伯去世后，1915年奥维尔处理了自己所获得的工业上的各种专利，在个人的实验室里选择自己所喜欢的课题进行研究，但却没有取得任何重大发现。
1948年1月3日，奥维尔在迪顿去世，终年77岁。
莱特兄弟时代结束了。但他们留给人类的宝贵财富却永远地保留下来，并为世人所享用。
