ersizliğinden ötürü Lenoir araştırmalarına son vermek zorunda kalır ve motorunu sanayicilere satar. İlk Amerikan petrol kuyusu 1850'de açılsa da petrolü kullanan etkili bir karbüratör George Brayton tarafından ancak 1872'de yapılır.

Gaz sıkıştırmasından yoksun olması nedeniyle verimliliği çok kötü olan Lenoir'ın buluşunu Alphonse Beau de Rochas iyileştirir ve bu sorunu emme, sıkıştırma, yanma ve egzozdan oluşan dört zamanlı bir termodinamik çevrim geliştirerek aşar. Teorisyen olan Beau de Rochas çalışmalarını gerçek hayata uygulayamaz. 1862'de patent alır ama maddî zorluklar nedeniyle koruyamaz ve ancak 1876'da ilk dört zamanlı içten yanmalı motorlar ortaya çıkar.. Dört zamanlı çevrimin teorisinin Beau de Rochas tarafından ortaya konması sonucu içten yanmalı motorlardan gerçekten yararlanılmaya başlanır. Alman Nikolaus Otto, 1872'de Beau de Rochas prensibini uygulayan ilk mühendis olur ve bu çevrim artık "Otto çevrimi" olarak bilinmeye başlar..
Beau de Rochas tarafından bulunan prensibe uygun olarak çalışan ilk motor, 1876'da Deutz şirketi adına Alman mühendis Gottlieb Daimler tarafından geliştirilmiştir. 1889'da René Panhard ve Émile Levassor ilk defa dört kişilik bir araca dört zamanlı içten yanmalı bir motor takar..

Édouard Delamare-Deboutteville gaz ile beslenen motora sahip aracı ile 1883'te yola çıkar ama gaz besleme hortumu ilk deneme sırasında patlayınca gaz yerine benzin kullanır. Benzin kullanabilmek için fitilli bir karbüratör bulur. 1884 Şubat ayında yola çıkan bu otomobil Karl Benz'in otomobilinden önce olmasına karşın doğru düzgün çalışamaması ve kısa kullanımları sırasındaki patlamalar nedeniyle "otomobilin babası" olarak Delamare-Deboutteville genel olarak kabul görmemektedir.

Tarihin ilk otomobilinin hangisi olduğunu söyleyebilmek oldukça zor olsa da genel olarak Karl Benz tarafından üretilen Benz Patent Motorwagen ilk otomobil olarak kabul edilir. Ancak Cugnot'nun "Fardier"sini de ilk otomobil olarak kabul edenler vardır. 1891'de Panhard ve Levassor Paris sokaklarında Benz motoruyla donatılmış ilk Fransız otomobilleriyle dolaşmaktaydı. 1877'de 4 zamanlı ve 1 beygir gücüne sahip motoru olan bir otomobil geliştiren Alman mucit Siegfried Marcus ise ilk otomobil ile ilgili tartışmaların dışında kalmıştır.

""Pyréolophore"", 1807'de Niepce Kardeşler tarafından geliştirilen bir motor prototipidir. Bu prototipin üzerinde yapılan değişiklikler sonucunda Rudolf Diesel tarafından geliştirilen Dizel motor ortaya çıkmıştır. ""Pyréolophore"" ısı ile genleşen hava ile çalışan bir motor tipidir ve buhar makinalarına yakındır. Ancak bu motor ısı kaynağı olarak yalnızca kömür kullanmamıştır. Niepce kardeşler ilk olarak bir bitkinin sporlarını kullanmış, daha sonra içine petrol eklenmiş kömür ve reçine karışımı kullanmışlardır.

1880'de Fransız Fernand Forest ilk düşük basınç ateşleme manyetosunu bulur. Forest'nin 1885'te bulduğu sabit seviyeli karbüratör yetmiş yıl boyunca üretimde kalmıştır. Ama Forest'nin otomobil tarihindeki yeri içten yanmalı motorlar üzerinde yaptığı çalışmalarıdır. 1888 yılında 6 silindirli motoru ve 1891'de 4 dik silindirli ve subap kumandalı motoru bulmuştur.

Otomobilin oldukça fazla yakıt kullanması, yakıt ikmali için yöntemlerin geliştirilmesi gerekliliğini ortaya çıkardı. Kullanıcılar, yolculuk sırasında eczacılardan sağladıkları yakıtı kendileri taşımaktaydı. Çalıştığı atölyede sürekli olarak benzin ile iç içe olan Norveçli John J. Tokheim, etrafta sürekli kıvılcımlar çıkan bir yerde bu yanıcı sıvının saklanmasının tehlikelerinin farkındaydı. Fabrikanın dışında yer alan ve değiştirilmiş bir su pompasına bağlı bir stoklama yeri yaptı. Buluşunun sağladığı avantaj ne kadar yakıt verildiğinin de bilinmesidir. 1901'de aldığı patent ile ilk benzin pompası ortaya çıkar..

Bu dönemde bir başka önemli buluş daha yapılır: Otomobil lastiği. Édouard ve André Michelin kardeşler, büyükbabaları tarafından Clermont-Ferrand'da kurulan ve bisiklet fren pabucu üreten "Michelin et Cie" şirketini devralır ve ilk otomobil lastiğini geliştirirler. 1895'te bu buluşu kullanan ilk otomobil ""L'Eclair""i yaparlar. Bu aracın lastikleri 6,5 kg'ya şişirilmişti ve ortalama saatte 15 km hızla giden bir otomobil üzerinde 150 km'de yıpranmaktaydılar. İki kardeş birkaç yıl içinde tüm otomobillerin bu lastikleri kullanacağından emin olurlar. Tarih onları haklı çıkarmıştır.

Ardından birçok buluş daha ortaya çıkar. Fren sistemi ve direksiyon sistemi oldukça gelişir. Tahta tekerlekler yerine metal tekerleklere geçilir. Zincir ile güç iletimi yerine transmisyon aksı kullanılmaya başlar. Soğukta motorun çalışmasını sağlayan bujiler ortaya çıkar..

Bu dönemden itibaren araştırmalar ve teknolojik buluşlar hızla ilerleme kaydetti ama aynı zamanda otomobil kullanıcıları ilk zorluklarla karşılaşmaya başladı. Bir lüks obje sayılan otomobile sahip olabilenler, kötü yol şartları ile karşı karşıya kaldı. Yalnızca motoru bile çalıştırabilmek başlı başına bir zorluk sayılıyordu. Otomobil kötü hava şartlarına ve toza karşı sürücü ve yolcuları koruyamıyordu.
Birçok sanayici bu yeni buluşun potansiyelinin farkına varmıştı ve her gün yeni bir otomobil üreticisi günyüzüne çıkmaktaydı. Panhard & Levassor 1891'de kuruldu ve ilk seri otomobil üretimine başladı. 2 Nisan 1891'de bir Panhard & Levassor kullanarak otomobili keşfeden Armand Peugeot kendi şirketini kurdu.. Marius Berliet 1896'da çalışmalarına başlar ve Louis Renault kardeşleri Fernand ve Marcel'in yardımlarıyla ilk arabasını Billancourt'da yapar. Otomobil mekaniği ve performansı konusunda birçok ilerleme kaydedilerek gerçek bir endüstri kurulmaya başlar.

20. yüzyılın otomobil üretim rakamlarına bakıldığında Fransa'nın başı çektiği görülür. 1903'te Fransa'da 30,204 adet otomobil üretimiyle dünya üretiminin %48.77'sine sahipti. Aynı yıl ABD'de 11,235, İngiltere'de 9,437, Almanya'da 6,904, Belçika'da 2,839 ve İtalya'da 1,308 otomobil üretilmiştir. Peugeot, Renault ve Panhard ABD'de satış büroları açmıştı. 1900 yılında Fransa'da 30, 1910'da 57 ve 1914'te 155 otomobil üreticisi bulunmaktaydı. ABD'de ise 1898 yılında 50 ve 1908'de 291 otomobil üreticisi vardı.

Otomobilin tarihi otomobil yarışlarının tarihi ile iç içe geçmiştir. Yarışlar önemli bir ilerleme kaynağı olmanın yanı sıra insanlığa artık atlardan vazgeçilebileceğini göstermede önemli bir rol oynamıştır. Hız gereksinimi, benzinli motorların elektrikli ve buharlı araçların önüne geçmesine neden olmuştur. İlk yarışlar basitçe dayanıklılık üzerineydi öyle ki yalnızca yarışa katılmak bile hem otomobil üreticisine hem de pilotuna büyük bir prestij sağlıyordu. Bu yarışlara katılan pilotlar arasında otomobil tarihinin önemli isimleri yer alır: De Dion-Bouton, Panhard, Peugeot, Benz, vd. 1894'te organize edilen Paris-Rouen tarihin ilk otomobil yarışıdır. 126 km. süren bu yarışa 7 buharlı ve 14 petrol ile çalışan otomobil katılmıştır. Yarışı ortağı Albert de Dion ile birlikte yaptığı otomobil ile 5 saat 40 dakikada bitiren Georges Bouton yarışın resmî olmayan birincisidir. Resmî olarak ise dereceye girememiştir çünkü kurallar gereği kazanan otomobil tehlike içermeyen, kolay idare edilebilen ve pahalı olmayan bir otomobil olmak zorundaydı.

Otomobil tutkunları birçok zorluk çeker. Basın, bu "canavar" kullanan "çılgınları" topa tutar. Öte yandan otomobil için gerekli altyapı hemen hemen hiç yoktur ve 1898'de ilk ölümlü kaza meydana gelir: Montaignac markisi bir Landry Beyroux aracıyla yaptığı kaza sonucu ölür. Yine de bu kaza diğer yarışlara katılımı durdurmaz. Herkes bu "atsız arabaların" ne olduğunu görme konusunda büyük bir istek duymaktadır. Henri Desgrange, 1895'te "L'Auto" gazetesinde şöyle der: " Otomobilin yalnızca zenginlere ait bir zevk olmaktan çıkıp oldukça pratik bir kullanıma sahip olacağı zaman oldukça yakındır." Bu yarışlar sonucu buharlı motorlar ortadan kalkarak yerini hem esneklik hem de dayanıklılık gösteren içten yanmalı motorlara bırakır. Ayrıca André Michelin tarafından kullanılan Peugeot sayesinde de otomobilin "hava üzerinde" gitmesinin çok yararlı olduğu görülür. Paris - Bordeaux yarışı sırasında André Michelin tarafından idare edilen ve lastik kullanan tek araç olan otomobil, her ne kadar birçok kereler lastiği patlasa da yarışı bitiren üç araçtan biri olur.

20. yüzyılın başında büyük gazeteler önemli bir üne ve nüfuza sahipti. Birçok spor karşılaşması bu gazeteler tarafından organize edilmekteydi. Bu organizasyonlar büyük bir başarı göstermekteydi..

1889'da, "New York Herald" gazetesinin varlıklı sahibi James Gordon Bennett, ulusal ekipleri bir araya getiren uluslararası bir yarışma düzenlemeye karar verdi. Otomobil üreticileri arasında bir numarada bulunan Fransa kuralları belirler ve bu yarışmaya ev sahipliği yapar. 14 Haziran 1900'de Gordon Bennett otomobil kupası başlar ve 1905'e kadar devam eder.554 km.lik ilk yarışma Fransız Charron, Panhard-Levassor otomobiliyle ortalama 60,9 km/h hız yaparak birinci bitirir. Fransa kupayı dört kere kazanarak doğmakta olan otomotiv endüstrisi içinde önderliğini kanıtlar. 1903'te kupa İrlanda'da, 1904'te de Almanya'da yapılır.

Bu yarışları seyretmek için milyonlarca izleyici yollara koşar ama yarışlarda hiçbir güvenlik önlemi alınmamıştır. 1903'te Paris - Madrid yarışında kaza sonucu ölümlerin olmasının ardından trafiğe açık yollarda yarış yapılması yasaklanmıştır. Bu yarışta 8 kişi ölmüş ve yarış Madrid'e gelmeden Bordeaux'da bitirilmiştir. Bundan sonra yarışlar ralli şeklinde, trafiğe kapatılan yollarda yapılmaya başlanır. Hız denemeleri için ise hızlanma pistleri kurulur.

Gordon Bennett kupası gibi, günümüzün en prestijli yarışlarından bazıları bu dönemde başlamıştır: Le Mans 24 Saat (1923), Monte Carlo Rallisi (1911), Indianapolis 500 (1911).

Otomobil yarışları aynı zamanda hız rekorları kırmak için de bir olanak sağlamıştır. Bu hız rekorları özellikle süspansiyon ve direksiyon konusunda teknik gelişmelerin bir göstergesidir. Ayrıca bu rekorları kıran otomobil üreticileri için önemli bir reklam fırsatı olmaktaydı. Ayrıca yüksek hızlara ulaşmak için yaln