正当爱迪生为电话机如何能准确传送声音而费神的时候，另外有两位科学家也产生了同样的想法，并开始从事电话的发明研究，他们是亚历山大·格雷厄姆·贝尔和伊莱沙·格雷。
贝尔在1876年2月14日完成了电话的发明，正式向美国政府申请发明电话机的专利许可证。在同一天伊莱沙·格雷也完成了这项发明，正式申请专利许可证。而格雷只比贝尔迟了两个小时。
世界上最早申请“以电线传送声音”的发明专利权的是贝尔。但是，它的音波极为微弱，除非距离很近，要不然就听不清楚了。参加费拉德菲亚博览会的时候，也因为声音太小，大家都认为这只不过是一种玩具，没有受到重视。
可是，后来因为波士顿的银行与银行之间，利用防盗警报器的电线装设电话以后，电话的需要量日增，贝尔因此成立了个小规模的电话公司。
有一天，西联公司的奥顿董事长来找爱迪生。
“爱迪生先生，你对贝尔的电话，有什么意见？”
“我觉得还是不行。不过，假如，他真的能把它做得更好，那就会成为很了不起的东西。”
“我今天来拜访你就是为了这件事，以目前的趋势来看，电话渐渐发达，对于电报事业是一个严重的威胁。怎么样，老兄，肯不肯把它改良成实用的东西呢？”
“好的。我认为发明这件事，并不是单从发明家的脑子里想出新奇的东西就好了，我们还要能制作出社会上所需要的实用品，这才是发明家的天职。让我把那个玩具，改良成完善的实用品吧！”
于是，爱迪生便又开始从事电话的改良。
爱迪生在对四通路电报机加紧研究时期，就已对用电通过电线传送声音的问题感兴趣。他在初次试图制造会讲话的电话机时，利用了德国发明家菲利普·赖斯的送话器和他本人以前所使用过的一种谐振接收机。为了传送清晰的言语，就要使赖斯系统变得更加灵敏，而首先是应当提高送话器的灵敏度。换言之，应当把那种在声音振动影响下发生明显变化的电阻，接入电话的送话器的电路中。
爱迪生开始实验，怎样可以提高接入的电阻的灵敏度，例如在赖斯送话器中，在薄膜上的针尖和铂片间放上几滴水能否起作用，开始时彻底失败了。有一次，爱迪生把传话器放在一碗水的上面，从碗中引出一条湿纸来代替传话器的膜板，他又在膜板后面加上上千粒的小木炭屑，每粒炭屑下面又各自有一个弹簧，弹簧可以自由弹动。爱迪生发明的这种传话器就是微音器的前身。
同时，爱迪生还实验一种动力传话器，发话、收话都很成功。传话器中用黑铅或石墨时音质很清晰，但是音量方面还不能满意。于是他用一块填满黑铅粉的圆布做实验。
爱迪生在1877年上半年实验了载电电话机、静电电话机和电力电话。为了找到一种能够发出声音更大的材料，他实验了五十余种不同的传话器和许多不同的电话机。每一部电话送出的声音比以前发明的电话的声音都大而清晰，但爱迪生对这些电话机仍感到不满，他还要继续实验。
一天晚上，爱迪生在实验室做实验时，油灯不亮了。他发现一种被称为碳墨的东西把灯的玻璃罩子熏黑了，便把这碳墨刮下来涂在一个金属的轮状物上，用这种物质制成了小盘装在电话里，产生了极佳的效果，它发音清晰，音量比使用电磁原理制造的电话要大几倍。爱迪生的“碳阻送话机”和现在我们使用的一样，这种送话机比贝尔的电话更为优越。
电话到底是谁发明的，是爱迪生还是贝尔？这个问题双方在法院争论了十一年之久，最后法庭判定贝尔是发明人，而使电话的性能更加完善的人是爱迪生。西方联合公司对于爱迪生的电话实验非常关注，奥顿董事长和爱迪生也特别亲近起来。一般人对于这“电气玩具”的态度也在逐渐改变，用户也在逐渐地增加。那年春末，奥顿邀请爱迪生来纽约，要和他签订合同。西方联合公司想要爱迪生发明的送话器，希望能出让给他们。爱迪生自己认为这项技术可值2.5万美元。他先请奥顿出价，奥顿的回答居然是十万美元！
得到爱迪生的碳阻送话器的奥顿，自认为有了资本，便开始向贝尔发起进攻。不久，他在西方联合公司的支持下，用30万美元开办了美国电话公司。碳阻送话器一经采用，贝尔电话的用户立刻要求获得与此性能相同的通讯设备。
由此，在爱迪生与贝尔之间发生了非常激烈的争执。1878年秋，碳阻送话器被送到英国并进行实验。实验结果很成功。实验以后，又在英国皇家学院做了表演。实验时，在线路的一端用了爱迪生的送话器，而另一端的收话器却是贝尔的电磁系统。因此，贝尔在伦敦的代表雷诺兹上校马上提出警告：除非爱迪生今后停止使用贝尔装置，否则将指控他侵犯专利。
爱迪生在伦敦的代表古劳德上校立刻将这一消息电告爱迪生。爱迪生听后，表示要设计出一种绕过贝尔专利的电话接收机。当时，他正沉醉于白炽灯的研究工作。
灵活多变，是通向成功的捷径。因此，我们做任何事都不能钻牛角尖，采取灵活的方法往往能柳暗花明。于是，他立即把白炽灯的工作停了下来，与全体研究人员一起全力以赴地投入了电话技术的攻关。在不到三个月的时间里，爱迪生便绕过了贝尔电磁系统，成功地研制出了新型的、声音效果更好的收话器。
1879年3月，爱迪生的侄子查尔斯将这架收话器带到了英国。它被人们称为“扬声电话”“白垩接收机”“驱动接收机”等各式各样的名字。
4月，这台机器和碳阻送话器一起拿到皇家学会表演。观众都是名流，其中包括学会主席威廉·斯波蒂斯伍德。
送话器装在皇家学会在阿尔比尔马勒街的实验室，表演时，在送话器旁读了一段格雷德斯通先生的讲话。接收机安在皇家学会的伯林顿馆，离发射机几百米远，收听效果甚佳。
爱迪生一方宣布，这架接收机仅仅是在古劳德上校催促下，为收听廷德尔教授关于现代声学的讲座而“在五天之内赶制出来”的。
他们还补充说，造这架机器纯粹是为了实验。他们的这种说法，也许是为了让贝尔的阵营相信爱迪生一方对待此事并无认真之意。
事实证明，爱迪生的接收装置确实存在着一定的缺点，其中之一就是要不断地转动滚筒。尽管如此，爱迪生的这种“电化学电话”还是比它的前身大大地推进了一步，将它拿到美国科学促进会表演之后，爱迪生本人获得了巨大的声誉。
爱迪生与贝尔之间的竞争，到1879年8月30日发展到了白热化的程度。这天，爱迪生和贝尔都来到了萨拉托加溪的市政厅，现场表演各自的电话设备。
发送装置放在邻近的房间，用电线与大厅相连。查尔斯·巴切勒在送话器旁朗读了被《纽约论坛报》称之为喧闹的词句并演唱了歌曲。在使用贝尔的装置试验时，只有站在表演台上的一个人能听见这些词句与歌曲，而且还要把听筒贴在耳朵上。当使用爱迪生的授话器和贝尔的听筒时，靠近机器的几位听众都可以听见巴切勒的声音。
最后《纽约论坛报》说：
电化学电话的效果压倒了一切。巴切勒先生的讲话、朗诵和歌声响彻大厅，听众们为听到“玛丽有只小羊羔”、“杰克和吉尔上山去”、“约翰·布朗的躯体”、“曾经有位小姑娘”等颇为清新的歌曲而十分欢乐。
在他们各自描述自己的设备构造原理时，爱迪生的风度与文化修养颇深的格雷厄姆·贝尔的风度大相径庭。据《纽约论坛报》报道：
贝尔以他那古怪而朴实的风度，不加修饰却又明晰的思想和自己与众不同的精譬词句吸引着听众，使他们神往。
爱迪生先生确实算不得温文尔雅。他在表演台上的姿势很不漂亮，那微屈而摇晃着的身体也不够尊严。然而，他的眼睛却异常生动，他的表情既坦率又诚挚，他不时地微笑着显得那么畅快，使人们不能不受到感染。如果说他的讲话有头无尾，结构较差，可是他的话却都说到了点子上。与会的人都为亲眼看见了他的最新发明，亲耳听见了他谈的发明经过而感到由衷的满足。
在表演这一精心杰作的几天之前，在英国的古劳德上校成立了爱迪生电话公司伦敦分公司。爱德华特·约翰逊被派到那里，建起一座与贝尔电话唱对台戏的电话交换台。在当时的伦敦，电话被人们认为是利弊参半的发明，而《泰晤士报》则发表了一种比这一观点更为有趣的看法：
人们普遍抱怨，由于电报的发明，现代生活，特别是商业生活的情况几乎变得令人难以忍受；电话的来到，则势必会“造成更大的混乱”。过去，商人可以在早班邮件来到后安排自己一天的活动。自从有了电报，许多新的内容便随着电文纷至沓来；现在口头联络又在取代书面联络的位置，这种情况肯定会使生活秩序变得越来越糟。
但是其实上，电话的出现，也会给人们以往的损失带来补偿。它可以大大地节省旅行费用，可以避免伦敦街道的车辆拥挤。但是，人们在电话问题上的偏见，便为古劳德上校的推销造成了困难。
然而，古劳德上校和他的部下都是坚持不懈的宣传家。还没几个月的时间，他们就在《泰晤士报》上发表文章，介绍了距伦敦市二十四公里左右的一套电话装置。
爱迪生和他发明的电报机爱迪生的这位经理写道：
某先生在离开家到外面狩猎时，电话还没有安装，虽然电线已经拉了过去。在他外出不久，电话便装设完毕。等他一到家，我们就通过交换台，让人把重要信件读给他听，并请他在电话中回答问题。由于他需要与自己的律师谈话，我们交换台的接线生就依照报上刊载过的那种电话技术把他与律师之间的线路接通。尔后，纽约来了一份重要电报，他又通过电话在三小时之内给了美国回答。本来这些工作要让他在城里跑上大半天，可现在仅用少量的时问，在书房里就完成了。
在伦敦，爱迪生和贝尔两家敌对的公司展开了激烈的竞争。时任英国邮电部总工程师的传记作家威廉·普利斯说：“他们双方的工人把电线拉满了伦敦市的屋顶，并相互制造故障。当两方遭遇时，就会在屋顶上发生小小的混战。”
当时这两家公司谁也没有绝对的技术优势。贝尔公司的听筒性能优良，授话器却不行；爱迪生的授话器固然领先，但他的听筒有时却发生古怪的毛病。
正因为如此，当时双方主要是在较量谁的维修工作更佳。爱迪生在派送技术人员去英国以前，对他们实行了严格的考核。他安装起一座交换台，配备了十台新电话机，在考核之前，他亲自出马，不是截断某一电话的线路，就是把它的部件搞乱，再不就使电极变污。他说：“如果谁能连续解决十个问题，每个问题平均不超过五分钟，我就派谁去伦敦。”
乔治·肖伯纳对这些优秀的技术人员作了细致的描写：
这些受到考验并充满浪漫色彩的人使我们窥见了美国有技术的无产者的形象。他们带着感情色彩唱着已经过了时的抒情歌曲；他们的语言，即便是爱尔兰人听了，也会目瞪口呆。他们干起活来有一股玩命的劲头。
他们为了表示自己据有共和主义的成熟，拒不接收头戴高帽的英国佬的指挥，因为这些英国人在平静有礼的面孔后面充满了对他们的轻视，认为他们属于下层，属于一般人。
然而，他们却情愿在美国自由、平等的口号下充当奴隶。他们万分蔑视英国工人故意怠工的做法，这些英国工人只想多挣钱，而不干活儿，工作起来不紧不慢。
但是他们却对那些愿意出力的伙伴抱有真诚的敬意。就是这样的英国人，也会轻蔑地捉摸这伙异国风味的半大小子为什么不去考虑自己的利益，反而去为他们的雇主拼个流汗。
殊不知，这些美国工人们已把爱迪生奉为科学技术和哲学方面最最伟大的人物，并把爱迪生电话的竞争对手格雷厄姆·贝尔斥之为爱迪生的穷凶极恶的敌人。
他们是无拘无束的人，他们的公司是出色的。他们敏捷、快乐、不信神明；他们是谎言家、牛皮匠和拉皮条的里手。他们的言谈举止甚至可使那些不慌不忙的英国工人也兴奋得哼哼呀呀地唱起来。
这种风格与他们形影相随，他们常常是费尽气力去对付自己造成的麻烦。有时他们在禁止通行的道路上奋勇搏击，而不得不由英国人像找回迷路的羊群一样把他们带上正路，但他们却丝毫没有意识到自己究竟有什么过错。
如果说爱迪生和贝尔两家公司在屋顶上进行的战斗是无情的，那么他们在宣传方面的争斗亦同样残酷。
爱迪生公司向他们潜在的顾客们宣称，贝尔系统“的电话构造只不过是一块磁铁和一只线圈，声音通过它们送进线路以后，音量在中途便消失了大半。而在爱迪生先生的电话设备中人们听到的声音，其清晰程度与当面讲话毫无区别”。
贝尔公司则说，以上所谈纯属撒谎。他们指出；“爱迪生的电化学电话很难说是一种实用的设备。在美国和欧洲大陆，许多地方已废止了这种设备，而且有个国家的权威人士还发现它的工作效果难以令人满意。”一位电话史专家一本正经地指出，这一说法也“不完全符合事实”。
1879年秋，贝尔公司抢先一步，获得了一项改良后的碳阻授话器的专利权。因为这种授话器不能用于长途电话，再加上当时电话的普及程度有限，主要集中于伦敦市中心区，所以这一专利相对来说并不那么重要。尽管如此，若非英国邮电部施加压力，贝尔公司也会由此迅猛发展。
早在电话问世之前的1868年至1869年间，英国政府就接管了私人电报公司，使之成为官方的垄断机构。当时贝尔的电话公司还未成立，所以政府接管的几家电报公司不过是“玩具公司”。
于是1879年9月，邮电大臣约翰·曼纳斯爵士突然作出了一个使贝尔、爱迪生两公司都大吃一惊的举动。他宣布，英国在1868年至1869年法案中规定的对电报的管理办法，也适用于电话，私人电话公司必须向政府申请许可证才能营业。
虽然爱迪生和贝尔都表示不申请许可证，但英政府的攻击对象乃是爱迪生。不久，英国的司法大臣便对爱迪生伦敦公司提出起诉。爱迪生请了许多专家出庭辩护，其中大半是著名的科学家，包括雷利勋爵、威廉·汤姆森爵士以及约翰·廷德尔教授。尽管这样，爱迪生仍然失败了。
由于曼纳斯爵士的影子笼罩着爱迪生、贝尔两家公司，因此在这危机之中，他们言归于好。
1880年6月8日，两家在伦敦的公司合并为联合电话公司。这家公司从英国邮电部获得了30年的营业许可，并答应向英国政府交纳百分之十的利润。古尔德电告爱迪生说，你的股份是“三万”。爱迪生马上表示接受。当草拟的契约寄来以后，他才吃惊地发现所谓三万乃是三万英镑。他原以为是三万美元，这大大超出了他的预料。
这样，从爱迪生1877年发明碳阻授话器开始，持续三年之久的爱迪生与贝尔之争宣告结束。
爱迪生在改进电话方面所付出的劳动是巨大的。没有爱迪生所做的改进，电话就不会得到广泛普及，不会成为简单、廉价和方便的通信手段。
我们可以这样说，学术上成功的发明电话的是贝尔，而在实用上成功地改良电话的是爱迪生。
在这一段时间，爱迪生还有许多发明。其中主要是设计了白炽灯。此外还制出了油印机和复印机的前身如电笔等设备。这就再一次证明了他的发明完全是以现实需要为前提的。虽说爱迪生是一位与众不同的怪人，但作为一名经营者，他十分清楚不用复写纸的批量复印技术的重要作用。
这时的爱迪生一如既往，在发明之前，仍然是按照自己的设想，先在废信封上勾出一个粗略的原型，然后再将其发展成一个可以大批生产并廉价出售的产品。这次复印技术的研究，在1877年为他带来了三项专利：穿孔笔、气动铁笔和普通铁笔。
复印的程序也极其简单。先是使用一支尖铁笔在一张特制的粗蜡纸上书写，纸下垫着刻有密纹的钢板。铁笔经过的地方，纸上便留下无数小孔；然后再将这张蜡纸铺在普通纸上，用滚筒蘸着油墨从蜡纸上压过，油墨透过小孔，留在下面的纸上，就形成了一张与原版一模一样的“拷贝”。
不久，爱迪生又设计出一种气动铁笔代替了这种简单的铁笔。气动装置可使笔尖作上、下运动，这样便在纸上留下一连串的微孔。最后，他设计出一种电笔，这也是他的成型产品。电笔笔管很细，内装一个钢尖，钢尖的上方是一台微型电机，电机的凸轮带动笔尖作每分钟数百次的上下运动。
驱动电机的是本生电池组，即两个大玻璃瓶，内装一个活塞。使用电笔时，活塞就把极板送入电解液，不用时，极板就被活塞拉出，这样就能节省电能。为使这种电笔适于“办公用”，电池组上还装了一只夹子，笔闲置时就夹在上面，十分方便。
但是，依现代标准观察，谁也不会在办公室使用爱迪生这种电笔。然而在当时这可是一项惊人的成就。用此种方式刻出的蜡纸，可以复印3000份。所以，不出几年的时间，不仅华盛顿的政府机构使用了这种装置，而且还远销俄国、中国等地。
接下去就是爱迪生对打字机的改进。打字机的原始模型是克里斯托弗·莱瑟姆·肖尔斯和他的两名同事在1868年设计制造并取得专利的。但在开始时这种机器的发明困难甚多。
因此，肖尔斯等把二十多台不同的改进机型拿给可能有兴趣改进它们的人征求意见。爱迪生就是其中之一，他被询问是否能将此机发展到商业化的标准。爱迪生发现，制造打字机并非易事。他后来回忆说：
这种机器在使用中，常常会出现一个字母高于另一个字母六分之一英寸的情况，每到这时所有的字母都有出格的危险。我不断改进，反复试验，才达到了较为满意的标准。
爱迪生改进后的打字机，就是后来的名牌：雷明顿打字机。同时，爱迪生遵循着他的老习惯，原始模型一经成功，他就把注意力移到了其它的发明上。20年之后他曾表示：
当时，我还想发明一种电动的无声打字机。但是，由于那种打字机效果不错，没有立即改造的必要，所以我就放弃了自己的打算。
集中精力研制适应特定需求的专门设备是爱迪生毕生工作的特点。由此他便产生了对那些只从事理论研究，而不动手实践的人的蔑视这种蔑视有时表现得毫不隐晦。
爱迪生在实验室里小憩爱迪生很清楚，发明家的世界，是建筑在科学家劳动成果的基础之上的。他雇用科学家，就象雇用金属加工工人和吹玻璃的工匠一样，而且他倾向于把科学家与后面这些人等同看待，从来不在公开场合表示脑力劳动者的地位应与体力劳动者相区别。
一部分原因，这是他本人的经历所致。他取得了许多成绩，但并未借助大学教育。另一部分原因是，在1870年至1880年间的美国，很少有人想到要把那巨大的科学知识储备运用于实际。也许，我们还可以添上第三个因素：
爱迪生的确从内心喜爱挽起袖子做手工劳动，甚至在临终以前，他还能焊接电路，或是在焊接电路的过程中钉钉子，他所做的一切都比常人技艺纯熟。
然而，在爱迪生事业的早年，这就成为他自以为是的理由，为此人们有时也会看到爱迪生在创造过程中作茧自缚，主要原因就是他酷爱实践而不愿做理论性的探讨。
如果说忽视理论未能阻止爱迪生为世界带来空前之多的，使我们的生活更有内容的发明的话，那么我们也不应该忘记，理论知识不足所给他造成的不利和他为之付出的代价。
例如，早在赫兹对电波进行举世闻名试验的12年前，爱迪生就遇到过赫兹所描述的现象，只是由于缺乏理论，他才对此熟视无睹。
同样，约翰·安布罗斯·弗莱明能应用“爱迪生效应”制作出电子工业的关键部件，即真空管，而爱迪生本人却未能发现这种效应的意义。
对此，爱迪生先后错过了两次机会。第一次是在1875年11月，即离开尼瓦克工厂前不久。在试验中，爱迪生发现振子磁铁的磁心爆发出了火花。
他在1875年11月22日的日记中写道：
我们经常在继电器和股票情报接收机里发现这种现象，那时还以为是电枢与磁心之间混入了碎铁屑。使用电笔时，更常见到这种现象，我们又认为这是由于强烈的电感应所致。
不过，这次火花极强，爱迪生认为有必要另当别论。于是，他把振子与煤气管接通，发现它可以使煤气管放出火花。接着，他又进行了另外一些试验。
最后，他在笔记上写道：
真是太奇妙了，这些试验最好地证明了造成这种火花的乃是一种地道的未知力。
在其后的几个星期里，他把这一现象取名为“以太力。”因为它与即成的电学定律格格不入，它不受电极的限制，无须电路，也无法绝缘。除非在磁铁线圈中通过强力电流，否则它对人体不发生明显的作用，对经过特别处理的青蛙腿也不起作用，这是当时最细致的一种试验。
爱迪生不懂得他所发现的是什么东西，他认出这是空间传播的能，并在1876年元月的《操作员》杂志上撰文详细地阐述了这种火花现象的可能意义：
将来可否借此以一种迅捷而经济的电报传递形式代替现在的笨重装置。如电线杆、绝缘磁珠、电缆皮等等。这将会大大节省时间和劳动。
然而，其它的事情迫使他放弃了对这种乙太力的深入研究。几年以后他曾表示：
当我初次发现它时，我把它看成是极讨厌的现象。那时我正忙于无数其它的试验，无暇对它作进一步的了解。我只是观察到了结果，然后就把它送给了别人。他们接过我的发现，取得了新的成果。
爱迪生在十年之后提出了无线电报的专利申请。但他明确地表示，他所接用的原理，与那种神秘的乙太力毫无关系，完全是两种不同的概念。
