ב-1796 נבחר סמית לאגודה החקלאית של באת'. הוא חלק את רעיונותיו עם חברים אחרים שהתעניינו בסלעים ובמאובנים והחל לערוך רשימות סטרטיגרפיות ולשרטט מפות גאולוגיות מקומיות. סמית לא היה הראשון לשרטט מפות גאולוגיות, אך היה הראשון להשתמש במאובנים ככלי למיפוי סלעים על-פי סדרם הסטרטיגרפי, ולא בהכרח על-פי הרכבם הכימי – כפי שנעשה קודם לכן. ברשימותיו כתב:
ב-1797 הרכיב סמית רשימה של השכבות באזור באת', "Table of the Strata near Bath" – הרשימה המוקדמת ביותר של סמית ששרדה – בציינו 28 שכבות מקירטון ועד אבן גיר מהקרבון, אך ללא אזכור מאובנים.
ב-1798 רכש סמית נכס קטן ליד באת', באזור שהתקיימו בו מאוחר יותר ניסיונות כרייה של אבני בניין – רכישה שהתבררה בדיעבד ככישלון מאחר שאיכות האבן הייתה נמוכה, והשקעה זו של סמית הביאה אותו אל סף התמוטטות כלכלית. הייתה בכך אירוניה מרה, מאחר שניסיונו של סמית כמהנדס וכגאולוג בתחילת דרכו היו אמורים למנוע ממנו שיפוט מוטעה שכזה. מצד שני, במסגרת קשרים שיצר באזור בדפורדשייר הוצג סמית בפני ג'וזף בנקס – נשיא החברה המלכותית באותה עת – שהעניק לו סיוע מורלי וכלכלי.
גרסה מתוקנת של הרשימה מ-1797 הוכתבה ב-1799 לשני אנשי כמורה שהיו גם חוקרי טבע, ובה נכללו 23 שכבות כולל מאובנים – מקירטון למעלה ועד פחם למטה, בציון עוביין ומיקום המחשופים. בכל שכבה צוינו "מאובנים והתאבנות". מיון המאובנים ברשימה זו – כפי שציין – לא היה מדויק ולא הייתה חלוקה לאלמוגים, חלזונות, צדפות, טבעות של שרכים ועוד. בנוסף, חלק מהשכבות אופיינו בליתולוגיה שלהן או בהערה "אין מאובנים ידועים", מאחר שבאותה עת עדיין לא היה לסמית ידע מדעי מקיף עליהן. סמית קיווה שבאמצעות הרשימה יוכל להפיץ את רעיונותיו.
הוא מסר לשניים גם מפה של באת' וסביבתה שהשלים – תוך שימוש בידע הסטרטיגרפי שצבר – על-פי הנתונים הגאולוגיים שחקר. מפה זו היא כפי הנראה המפה הגאולוגית המוקדמת ביותר בנמצא.במפה הבדיל סמית בין ארבע שכבות של חרסיות כחולות ושני סוגים של אבן גיר אואוליטית – עובדה המדגישה שעשה שימוש בנוכחות מאובנים, שימוש שלא בא לידי ביטוי ברשימה המעודכנת. השניים התרשמו ממעשיות גילוייו ועודדו אותו להמשיך בחקירותיו. סמית עשה כן, ויצר מפה גאולוגית פשוטה לאנגליה ולויילס, שהראתה ייצוג ברור לתפוצה של כמה יחידות סטרטיגרפיות, בעיקר אלה שידוע היום כי נוצרו בקרבון, ביורה ובקרטיקון. מפה זו – שהושלמה ב-1801 והוצגה לחברה הגאולוגית ב-1831– הניחה את היסוד להכללתו של סמית בין "אבות הגאולוגיה".
קשיים וכשלונות.
זמן קצר קודם-לכן הסתיימה העסקתו של סמית בתעלה – כנראה עקב מחלוקת הנדסית – וייתכן כי החל לחשוב על מציאת יישום מעשי ומשתלם לרעיונותיו החדשים. שמו של סמית כמהנדס גאולוגי יצא לפניו, ובמהלך השנים הבאות עסק במיזמי השבחה בנורפוק ובוויילס, שיקום המעיינות החמים בבאת' ומיזמי תעלות רבים. הוא גם נשכר כיועץ בנושאי ניקוז על ידי בעלי אחוזות עשירים. אלה ביקשו לפתח חקלאות בשטחיהם, אך היו מעוניינים גם באוצרות הטבע שאדמותיהם עשויות לנצור. עת הושלמה בנייתה של התעלה, החל לסקור את אזור הכפר האלטרו (Hallatrow) ביחד עם שותפו ג'רמיה קרוז (Jeremiah Cruse), שנשא בעיקר הנטל, ועסק בהנדסה בחלקים שונים של בריטניה. הוא סייר באנגליה ובויילס במטרה להפיק מיפוי גאולוגי שלם שלהן, תוך שימוש בעקרון הנשען על רצף המאובנים, אולם התקדמותו הייתה איטית והמימון לפרסום מפות כאלה היה קשה להשגה.
בתקופה זו – בה התמעטו יערות שנכרתו לצורך בניית ספינות והתגבר הביקוש לחומרי גלם עקב התפתחות התעשייה, החקלאות ופריצת המלחמות הנפוליאוניות – גדל גם הצורך במציאת פחם. ניסיונות חיפוש רבים נכשלו, וסמית – שהכיר את סדר השכבות – ידע שהחיפושים נערכו גבוה מדי בטור הסטרטיגרפי, אך גם הוא טעה רבות עקב מורכבויות בלתי-צפויות במבנה המסלע.
סמית הכין טיוטה לספר בשם " Accurate Delineations and Descriptions of the Natural Order of the Various Strata that are Found in the Different Parts of England and Wales, with Practical Observations Thereon", אך הספר לא התפרסם עקב פשיטת רגל של המו"ל המיועד ב-1801 ושוב ב-1804. תוכנו פורסם רק ב-1942, בתוך מאמר של חוקר במוזיאון הבריטי.
ב-1804 עסק סמית בסקר מכרות וערך סיורים במקומות מרוחקים תוך איסוף מידע. באותה שנה עבר ללונדון, שם הציג את המפות שיצר ואת אוסף המאובנים שלו, אותם סידר במדפים משופעים, באופן שהדגיש שכבתיות וסדר היווצרות תלת-ממדי – כפי שהופיעו בסלעי אנגליה.
מאמציו להתקדם במחקריו היו דלים ולא שיטתיים בגלל תובענות עבודתו. אף שהיה ברור כי סמית התכוון לפרסם מפה גאולוגית של אנגליה, ויילס ודרום סקוטלנד, מיזם זה לא התממש במלואו עד 1815. ענייניו של סמית לקחו אותו לכל קצווי בריטניה, והוא צבר ידע טופוגרפי וגאולוגי בכל מקום – עד לנקודה בה הדהים בידע הרב שצבר על הפרטים שאסף. באותה תקופה הכיר סמית את ג'ון פאריי (John Farey) – גאולוג ומתמטיקאי. השניים יצאו ביחד לסיורי-שדה, ופאריי הפך לתומך קבוע בעבודתו של סמית. היכרות נוספת שלו – עם הקרטוגרף ג'ון קארי (John Cary) – הובילה לשיתוף פעולה כאשר סמית השתמש במפת אנגליה וויילס של קארי כבסיס למפה הגאולוגית שלו.
בשנת 1807 נוסדה החברה הגאולוגית של לונדון ונשיאה הראשון היה ג'ורג' בלס גרינאו (George Bellas Greenough). סמית לא הצטרף לחברה, אף שנראה כי טבעי שכך יקרה, משתי סיבות: האחת – מוצאו היה נמוך מזה של מייסדי החברה, והצטרפות הייתה כרוכה בהזמנה מצדם. הזמנה כזו לא הגיעה אל סמית. השנייה – פטרונו – ג'וזף בנקס – היה מסוכסך עם מייסדי החברה, ואף ראה בחברה שייסדו תחרות לחברה המלכותית "שלו". בנוסף, חברי החברה הגאולוגית בראשית דרכה התעניינו בעיקר במינרלוגיה והטילו ספק בערכה של הביוסטרטיגרפיה של סמית.
סמית נישא ב-1808 לאשה חולנית ואסף לביתו את אחיינו, ג'ון פיליפס. באותה שנה זכה סמית לביקור של גרינאו ומנהיגים אחרים בחברה הגאולוגית, אך הם לא הביעו התרשמות מעבודתו.
שחזור המעיינות החמים בבאת' נחל כישלון בגלל הצפה והתמוטטות שאירעו ב-1810 בבור בכפר סמוך בו נערכו עבודות באותה עת. סמית נשלח לשם כדי להשיב את זרימת המים למרחצאות. לאחר תביעה למלא את הבור כדי להימנע מהוצאות נוספות, מצא סמית דרך לפקוק את הדליפה ולשאוב את המים.
המפה ששינתה את העולם.
סמית לא נרתע מקשיים כלכליים, ולבסוף, בעזרת 400 מנויים שחותמו למיזם, הסתיימה הפקת המפה ב-1812. ב-1815 פורסמה המפה בשם "A Delineation of the Strata of England and Wales with part of Scotland", והמידע הוכנס לתוכה באמצעות תחריט של ג'ון קארי. היא לוותה ברשימות שערך סמית, כולל רשימות על סקוטלנד, ובהדפסים צבעוניים. אלה הוגשו בארבעה חלקים בשנים 1816–1819, וסיפקו תיאורים של יחידות סטרטיגרפיות שבחר סמית ואיורים צבעוניים על נייר צבעוני של המאובנים המאפיינים בכל שכבה – מסודרים על-פי הארגון הטבעי שלהם בשכבות.
בעמוד השני של התזכיר שליווה את המפה כתב סמית:
למעשה, אף אחד מהפרסומים לא היה שלם לגמרי. המפה הראשית פורסמה על 16 גליונות, כשאחד מהם משמש למקרא. ייתכן והעותק של בנקס הנמצא ברשות הספרייה הבריטית הוא המקורי, אך אין בכך ודאות. גודלה של המפה כולה – שקנה-המידה שלה הוא אינץ' ל-5 מיל: 2.6x1.8 מ'.
כ-400 עותקים של המפה הופצו, מוספרו ונחתמו על ידי סמית עצמו. המפות הוצעו בשישה פורמטים שונים ומחירן נע בין 5 גיני ל-12 לירות שטרלינג. כל עותק של המפה נצבע ביד על ידי אמנים ששכר קארי – לא תמיד לשביעות-רצונו של סמית, והם יצאו בחמש מהדורות בשנים 1815–1817. בדיקה של עותקי מפות הסקר של סמית הראו כי הוא הוסיף מידע למהדורות חדשות בכל עת שזה היה זמין לו.
בסופו של דבר, המפה הגאולוגית שפרסם סמית ב-1815 העניקה לו מוניטין וכבוד רב. בספרו מ-2001, "The Map that Changed the World" – המפה ששינתה את העולם – מספר סימון וינצ'סטר את סיפורם של ויליאם סמית והמפה.
פרסומים ואכזבות.
לרוע המזל, הקהילה המדעית בת-זמנו של סמית התעלמה מהמפה: מוצאו הצנוע והשכלתו המוגבלת היוו מכשול להצלחה בחברה המשכילה.
סיבה נוספת התגלמה בדמות המחלוקת בין סמית לגרינאו, שהייתה מדעית רק בחלקה. השנים הראשונות של החברה הגאולוגית נשלטו כנראה על ידי הפילוסופיה של פרנסיס בייקון, שגרסה תצפיות אמפיריות נטולות-תאוריה. סמית לא יכול היה ליצור מפה שאינה נשענת על תאוריה, וגם גרינאו גילה זאת בסופו של דבר. עם זאת, גרינאו החמיא לסמית על המפה שלו בדרך מקורית: גנבה ספרותית. הוא שכר את שירותיו של ג'ון פאריי, השיג את חומר הרקע של סמית ויצר מפה תוך טענה כי היא תשמש לעניינים פנימיים של החברה הגאולוגית. למעשה התכוונו חברי החברה הגאולוגית למכור את המפה שלהם במחיר נמוך, וסמית מצא את עצמו ממשיך בעבודתו לבד, תוך דילול נוסף של משאביו הכלכליים.
משבר כלכלי.