“我知道命运掌握在我自己的手中，我知道巨大的成功马上就要到来。”贝尔曾自信地向世界这样宣告。
1869年22岁的贝尔受聘为美国波士顿大学语言学教授，担任声学讲座的主讲。在莫尔斯电报发明后的二十多年中无数科学家试图直接用电流传递语音，贝尔也把发明电话作为自己义不容辞的责任。但由于电话是传递连续的信号而不是电报那样不连续的通断信号，在当时的难度好比登天。他曾试图用连续振动的曲线来使聋哑人看出“话”来，没有成功。但在实验中，他发现了一个有趣现象：每次电流通断时线圈发出类似于莫尔斯电码的“滴答”声，这引起贝尔大胆的设想：如果能用电流强度模拟出声音的变化不就可以用电流传递语音了吗？随后的两年内贝尔刻苦用功掌握了电学，再加上他扎实的语言学知识，使他如同插上了翅膀。他辞去了教授职务，一心扎入发明电话的试验中。在万事俱备只缺合作者时他偶然遇到了18岁的电气工程师沃特森。两年后，经过无数次失败后，他们终于制成了两台粗糙的样机：圆筒底部的薄膜中央连接着插入硫酸的碳棒，人说话时薄膜振动改变电阻使电流变化，在接收处再利用电磁原理将电信号变回语音。但不幸的是，试验失败了，两人的声音是通过公寓的天花板而不是通过机器互相传递的。
正在他们冥思苦想之时，窗外吉他的丁冬声提醒了他们：送话器和受话器的灵敏度太低了！他们连续两天两夜自制了音箱，改进了机器。然后开始实验，刚开始沃特森只从受话器里听到嘶嘶的电流声，终于他听到了贝尔清晰的声音“沃特森先生，快来呀！我需要你１1875年6月2日傍晚，当时贝尔28岁，沃特森21岁。他们趁热打铁，几经半年的改进，终于制成了世界上第一台实用的电话机。1876年3月3日（贝尔的29岁生日），贝尔的专利申请被批准，专利号为美国174465.其实，在贝尔申请电话专利的同一天几小时后，另一位杰出的发明家艾利沙·格雷也为他的电话申请专利。由于这几个小时之差，美国最高法院裁定贝尔为电话的发明者。
回到波士顿后两人继续对它进行改进，同时抓住一切时机进行宣传。两年后的1878年，贝尔在波士顿和沃特森在相距三百多公里的纽约之间首次进行了长途电话实验。与34年前莫尔斯一样取得了成功。所不同的是他们举行的是科普宣传会，双方的现场听众可以互相交谈。中途出了个小小的问题：表演最后节目的黑人民歌手听到远方贝尔的声音后紧张得出不了声，急中生智的贝尔让沃特森代替，沃特森鼓足勇气的歌唱使双方的听众不时传来阵阵掌声和欢笑声，试验圆满成功。
1877年，也就是贝尔发明电话后的第二年，在波士顿设的第一条电话线路开通了，这沟通了查尔期·威廉期先生的各工厂和他在萨默维尔私人住宅之间的联系。也就在这一年，有人第一次用电话给《波士顿环球报》发送了新闻消息，从此开始了公众使用电话的时代。
