במקביל לכל אלו, הצליחו הביטלס להקליט את אלבומם השני, With The Beatles, שכלל שורה מרשימה נוספת של שירים חדשים. באלבום היו גם כמה שירים נוספים של יוצרים אחרים. זמן קצר אחרי כן הקליטו הביטלס תקליטון חשוב נוסף, I Want to Hold Your Hand. אלו לא רק ליבוּ את הצלחתה של הלהקה, אלא גם משכו את תשומת לבם של מבקרי מוזיקה, שהעתירו על ראשם של לנון ומקרטני שבחים רבים, כשחלקם הרחיקו לכת עד כדי השוואתם לשוברט ולברהמס.
הביקור בארצות הברית והפלישה הבריטית.
היעד הבא שהציבו הביטלס בפניהם היה כיבושה של אמריקה. הלהקה הופיעה אמנם בסוף שנת 1963 בשוודיה ונחלה הצלחה, ואחר־כך בצרפת, שם נחלה הצלחה פחותה, אך המטרה הראשית שלהם נותרה הצלחה בארצות הברית, המדינה ממנה הגיעו רוב היוצרים הנערצים עליהם.
לאורך שנת 1963 הוצאו בארצות הברית מספר תקליטונים של הביטלס על ידי חברות תקליטים קטנות, ללא קידום מכירות, וכמעט ללא הצלחה. למרות זאת, הצליח אפשטיין, בהסתמך על הצלחתה המרשימה של הלהקה בבריטניה, להחתים אותה לשלוש הופעות בתוכנית האירוח של אד סאליבן בפברואר 1964. אפשטיין ניצל את ההחתמה כדי לשכנע את דייב דקסטר, האחראי על הרפרטואר בחברת Capitol Records, אחותה האמריקנית של EMI, להשקיע בקידום מכירות של הלהקה, שהיה אמור להתרחש עם הוצאתו של I Want to Hold Your Hand בארצות הברית באמצע ינואר.
האירועים התגלגלו במהירות רבה מן הצפוי, וההשמעות הרבות להן זכה עותק מיובא מבריטניה של I Want to Hold Your Hand הובילו להוצאת התקליטון כבר בסוף דצמבר. התקליטון זכה להצלחה מרשימה וב-1 בפברואר 1964 טיפס למקום הראשון במצעדי המכירות בארצות הברית. הגעתם של הביטלס, כעבור מספר ימים, התקבלה בהיסטריה שהפתיעה את חברי הלהקה ואת כל מי שהיה נוכח במקום. בנמל התעופה התקבלו חברי הלהקה על ידי אלפי צעירים נלהבים, נושאי כרזות, והופעתם הראשונה במופע של אד סאליבן ב-9 בפברואר 1964 זכתה להצלחה חסרת תקדים, עם שיא צפייה של 73 מיליון איש.
חוות הדעת הרווחת ביותר בעיתונות אחרי ההופעה הראשונה בתוכנית של אד סאליבן הייתה כי הביטלס הם שיגעון חולף. "הם ייעלמו בתוך שנה" גרס המנהל המוזיקלי של אד סאליבן, ומיצה בכך את הדעה הרווחת. ההארלד־טריביון של ניו־יורק גרס כי הלהקה מורכבת מ"שבעים וחמישה אחוז פרסום, עשרים אחוז תספורת וחמישה אחוז יללות". וושינגטון פוסט גרס כי הם "א-מיניים ומכוערים" ואילו הניו יורק טיימס גרס כי מדובר ב"תרופת דמי להמונים".
למרות הנבואות להיעלמותה המהירה של הלהקה ושל הביטלמניה, נמשכה התופעה כמעט שלוש שנים. בשנים אלו משלו הביטלס ברמה במצעדי המכירות של התקליטונים והתקליטים אריכי־הנגן, כששיריהם ואלבומיהם מככבים בראש המצעד בלמעלה משליש הזמן מאותן שנים. מכירות התקליטים היוו רק חלק קטן מהתעשייה הענפה שהתפתחה סביב הביטלס. חולצות, בובות, שעונים, פאות, כרזות, נעליים, וכל מוצר אחר אותו ניתן להעלות על הדעת נשא את צילומיהם של "ארבעת המופלאים" (fab four). הביטלס עצמם, אף שתמונתם נישאה כמקדמי מכירות על כל מוצר תחת השמש, לא זכו לתמלוגים או תשלום כלשהו עבור תעשיית הביטלס, שגלגלה סכומים של עשרות מיליוני דולרים (בערכים של היום, מיליארדי דולרים).
תיעוד מדויק של רוח התקופה סיפק הסרט "A Hard Day's Night", בבימויו של ריצ'רד לסטר, שתיאר יום בדיוני בפרטיו, אך מציאותי ברוחו, בחייהם של חברי הלהקה. הסרט צולם בבריטניה בין 6 במרץ ל-24 באפריל ב-1964 — בימי השיא של הביטלמניה — כשבמקביל מקליטים חברי הלהקה את השירים העתידים לשמש פסקול לסרט. הסרט והתקליט זכו להצלחה רבה, ואפיוניהם של חברי הלהקה בסרט (פול "החמוד", רינגו "הנוגה", ג'ון "הסרקסטי" וג'ורג' "אוהב הכסף"), אף שמידת האמת בהם הייתה מוגבלת, שימשו אחרי כן לאפיונם.
תופעה משמעותית אחרת שחוללו הביטלס הייתה תחילת "הפלישה הבריטית": הצלחה מהירה ומסחררת של להקות בריטיות בארצות הברית. להקות אלו היו ברובן להקות גיטרות, שהסתמכו ישירות על הצלחת הביטלס. בשלב הראשון בלטו ביניהן להקות כמו המחפשים, בילי ג'יי קריימר והדקוטות, או ג'רי והפייסמייקרס, שמקורן היה בליברפול. אחריהן הגיעה שורה ארוכה של להקות פופ ורוק אנד רול, רובן מערי שדה בצפון בריטניה שניגנו רוק אנד רול בהשראה אמריקנית, אך בעיבוד ובניחוח בריטי מובהק. בלטו ביניהן להקות כמו האבנים המתגלגלות, The Who, ציפורי החצר, האנימלס, הטרוגס, הפנים הקטנות, הקינקס, דונובן, הזומביס ועשרות אחרות.
בסוף שנת 1964, החלו חברי הביטלס לחוש תשישות מסוימת מעומס האירועים ומהלחץ המתמיד שהופעל עליהם מצד מעריצים, עיתונאים, חברים למקצוע ואחרים. באותה שנה השתתפו חברי הלהקה ב-186 הופעות, ימי הקלטה וימי צילום, השלימו צילום סרט, כתבו את המילים והלחן לשני אלבומים ולמספר סינגלים, טסו ברחבי העולם, מניו־זילנד ועד ארצות הברית, ונטלו חלק במאות ראיונות וקבלות פנים. העומס הרב החל לתת אותותיו בלהקה. תקליט סוף השנה שלהם, Beatles for Sale הוקלט בין 11 באוגוסט ו-4 בנובמבר של 1964, כשבמקביל עורכת הלהקה מסע הופעות גדול בארצות הברית ומסע הופעות מצומצם יותר בבריטניה. בתקליט, כמו גם בעטיפתו, ניכרת עייפותם של חברי הלהקה. שמונה משירי התקליט הולחנו על ידי לנון ומקרטני, ושאר השירים נלקחו מהמאגר הוותיק של גרסאות הכיסוי של הלהקה. ב-1964 זכו ג'ון לנון ופול מקרטני בפרסי איבור נובלו בארבע קטגוריות שונות, כולל שתי מועמדויות באותה קטגוריה (ככותבים של שני השירים המתחרים על שיא המכירות בבריטניה בשנת 1963), וכן הוענק להם פרס מיוחד עבור תרומה יוצאת דופן למוזיקה הבריטית.
התפתחות מוזיקלית.
שנת 1965 הייתה דחוסה לא פחות מבחינתם של חברי הלהקה, אך ניכר בה שינוי בולט בגישתם של חברי הלהקה ליצירתם. בתחילת דרכה, היו ההופעות הפומביות ההיבט המרכזי ביותר בפעילות הלהקה, אך ההופעות הקצרות מול קהל נערות צעירות צורחות, בלי שלחברי הלהקה תהיה יכולת לשמוע את עצמם או את נגינתם, מסיבות העיתונאים והקלטות הרדיו והטלוויזיה החוזרות על עצמן, ייגעו את חברי הלהקה יותר ויותר.
באפריל 1965, בארוחה עם ג'ורג' האריסון, ג'ון לנון ונשותיהם, רופא השיניים של האריסון ג'ון ריילי הוסיף לקפה שלהם LSD באופן סודי. לנון תיאר את החוויה: "זה היה פשוט מבעית, אבל זה היה פנטסטי. הייתי די המום לחודש או שניים". הוא והאריסון נהיו משתמשים קבועים של הסם, בעוד ששני האחרים היססו איתו זמן מה. השימוש של האריסון בסמים פסיכדליים הביאו אותו למדיטציה והינדואיזם. הוא אמר: "עבורי, זה היה כמו הבזק. בפעם הראשונה שהיה לי סמים, זה פשוט פתח משהו בראשי, והבנתי הרבה דברים. אני לא למדתי אותם מפני שכבר ידעתי אותם, אבל זה היה המפתח שפתח את הדלת שחושפת אותם. ברגע שהיה לי את זה, רציתי שיהיה לי את זה כל הזמן - המחשבות האלה על היוגי וההימאליה, והמוזיקה של ראבי". מקרטני בהתחלה סירב להשתמש בסם, אבל בסוף ניסה אותו בשלהי 1966. הוא הפך לחבר הלהקה הראשון שדיבר על LSD בפומבי, באומרו "זה פתח את העיניים שלי" ו"הפך אותי לחלק טוב יותר, כנה יותר, סובלני יותר של החברה".
בתחילת השנה החלו חברי הלהקה בעבודה על תקליטם הבא ועל סרטם השני, !Help. הסרט היה לא יותר ממהתלה עם עלילה קלושה. התקליט, אף שאינו נחשב אחד הטובים מבין תקליטיה של הלהקה, היווה נקודת מפנה חשובה. שירי הלהקה החלו בפעם הראשונה חורגים מהמסגרת המוכרת של שירי פופ העוסקים באהבה, ובהשפעת יוצרים כמו בוב דילן החלו עוסקים גם בנושאים אחרים (השיר !Help והשיר You've got to Hide your Love Away, שנכתבו על ידי לנון); בפעם הראשונה מאז 1963 הופיעו בתקליט של הלהקה שירים שכתב האריסון; ובשיר Yesterday שכתב מקרטני לווה הזמר ברביעיית כלי מיתר. הביטלס חרגו כאן לראשונה מדפוס של הקלטת שיר המלווה בנגינת חברי הלהקה, לטובת שיר שהנגינה והעיבוד שלו הותאמו באופן ספציפי לאופיו, בלי התחשבות בצורך לנגנו על במה. ב-12 ביוני 1965, זמן קצר לפני צאת האלבום, זכו הביטלס בפעם הראשונה לכיבוד רשמי מטעם המלכה, כאשר הוענק להם תואר MBE על תרומתם לייצוא הבריטי.
זמן קצר אחרי הוצאת האלבום ב-15 באוגוסט, הופיעו הביטלס באצטדיון שיי בניו יורק מול 55,600 צופים. הופעה זו הייתה הפעם הראשונה בה התקיימה הופעת רוק או פופ באצטדיון, והייתה נקודת השיא בביטלמניה.
אחרי סיור הופעות קצר ודחוס בארצות הברית ובקנדה עד סוף אוגוסט, שבו הביטלס להקלטות האלבום Rubber Soul, שנועד לצאת בסוף השנה. הביטלס הגיעו להקלטות ב-12 באוקטובר 1965, כשלרשותם עומד רק קומץ שירים. לוח הזמנים היה דחוס ביותר, שכן בתחילת דצמבר כבר היו חברי הלהקה אמורים לצאת למסע הופעות באנגליה, עם חומרים מן התקליט החדש. למרות לחץ הזמן, ואף שהלהקה נאלצה לדלות שירים מן העבר או לאלתר שירים חדשים, היה האלבום פריצת דרך חשובה נוספת עבור הלהקה, שהתרחקה עוד יותר מהמסגרת המקובלת של להקת גיטרות השרה ומנגנת שירים על אהבת נעורים, עם השיר Norwegian Wood שלווה בנגינת סיטאר, השיר In My Life שלווה בסולו פסנתר בסגנון באכי, השיר Day Tripper על שימוש בסמים קלים ועוד.