W 1804 przeniósł się do Killingworth (Northumberland), gdzie wiodło mu się tak źle, że myślał o emigracji. W 1812 nastąpił pomyślny zwrot w jego życiu — doceniono jego fachowość i zatrudniono jako mechanika w miejscowej kopalni High Pit z zawrotną w stosunku do dotychczasowych zarobków pensją — 100 funtów rocznie.
Wykorzystanie napędu parowego Mając zapewniony byt, zajął się Stephenson realizacją swych pomysłów. Jednym z nich była górnicza lampa bezpieczeństwa, która gasła przy przekroczeniu dopuszczalnej ilości metanu w powietrzu. Skonstruował i zastosował ją w praktyce 1815, wyprzedzając o parę miesięcy Humphry’ego Davy’ego.
Dziedziną, która miała zadecydować o zrewolucjonizowaniu transportu i osobistej karierze Stephensona było wykorzystanie napędu parowego do przewozu urobku z kopalni. Otrzymawszy wsparcie finansowe, urządził najpierw kolejkę poruszaną stacjonarną maszyną parową, łączącą kopalnię w Killingworth z oddalonym o 14 km portem, a 1814 zbudował — wzorując się na konstrukcjach Richarda Trevithicka — parowóz Blucher, ciągnący pociąg złożony z 8 wózków o łącznym ciężarze 30 t z prędkością ponad 6 km/h. W 1816 trzeci jego parowóz mógł ciągnąć 70 t z prędkością 10 km/h (różnił się od lokomotyw Trevithicka sprzężeniem kół napędowych).
Współdziałając w wytyczaniu budowanej od 1821 pierwszej kolei publicznej, Stockton–Darlington, Stephenson przekonał jej dyrekcję do zastosowania trakcji parowej (początkowo, obok konnej). W 1823 wraz z T. Richardsonem i E. Pease’m zorganizował w Newcastle pierwszą w dziejach wytwórnię parowozów, w której zbudował dla tej kolei trzy lokomotywy. Jedną z nich, Active (przemianowaną później na Locomotion), poprowadził osobiście pierwszy pasażerski pociąg w dniu jej otwarcia, 27 IX 1825.
Jeszcze większy udział miał Stephenson w budowie pierwszej kolei o trakcji wyłącznie parowozowej, Liverpool–Manchester. Uczestniczył w wytyczaniu jej trasy i wyznaczaniu profilu, 1826 wybudował na niej pierwszy w dziejach tunel kolejowy, odegrał też decydującą rolę w wyborze trakcji. W związku z kampanią prasową przeciw tej kolei, mającej połączyć największy brytyjski ośrodek przemysłowy z ważnym portem morskim, rozpętaną przez zagrożone jej konkurencją przedsiębiorstwa przewozowe, konne i kanałowe, występował publicznie (m.in. przed komisją w Izbie Gmin) dowodząc technicznej wyższości nowego środka transportu.
Prasowa nagonka starała się nastawić opinię publiczną przeciw parowozom, stanowiącym największy potencjalny atut kolei. Zniechęcano do nich, eksponując zagrożenia „ekologiczne” — straszenie zwierząt utrudniające wypas bydła, powodujące spadek nośności kur i mleczności krów, zatruwanie powietrza, groźba pożarów i eksplozji kotła.
W takiej atmosferze budowniczowie kolei często spotykali się z przejawami niechęci zaniepokojonej okolicznej ludności, a Stephenson miał kłopoty z przekonaniem do trakcji parowozowej dyrektorów tego przedsięwzięcia. Udało mu się uzyskać od nich 1828 pozwolenie na użycie lokomotywy do przewozu żwiru na budowie. A kiedy korzyści tej decyzji stały się oczywiste, doprowadził do rozstrzygnięcia kontrowersji po sportowemu — zorganizowania publicznego konkursu parowozów na równinie Rainhill w X 1829. Rywalizację tę zdecydowanie wygrała zaprojektowana przez Stephensona, zbudowana w Newcastle lokomotywa The Rocket, osiągając momentami prędkość dochodzącą do 48 km/h. Wydarzenie to przekonało opinię publiczną, że przyszłość należy do koni mechanicznych. A dla powstającej kolei zamówiono w wytwórni Stephensona 8 parowozów.
Rakieta The Rocket był pierwszym w dziejach parowozem wyposażonym w płomieniówki, zwiększające wydatnie powierzchnię grzejną kotła (pomysł H. Bootha). Jego konstrukcją kierował jedyny syn Stephensona, Robert (1803–59), wykształcony na uniwersytecie w Edynburgu, od 1827 pomagający ojcu w fabryce w Newcastle — jemu zawdzięczano większość udoskonaleń wprowadzanych tam wówczas do konstrukcji parowozów. Niezależnie od innowacji technicznych, obaj Stephensonowie wnieśli decydujący wkład do koncepcji kolei publicznej jako systemu umożliwiającemu podróżowanie szerokim rzeszom zwyczajnych ludzi, co miało daleko idące konsekwencje społeczne, cywilizacyjne i obyczajowe.
Otwarcie linii kolejowej Liverpool–Manchester 15 IX 1830 zainaugurowało błyskawiczną rozbudowę sieci kolejowej w Europie i Ameryce Północnej, która w drugiej połowie XIX w. objęła też inne kontynenty. Stephensonowie aktywnie w niej uczestniczyli, bezpośrednio (Robert od 1833 budował kolej Londyn–Birmingham) lub jako konsultanci, przede wszystkim linii budowanych w Belgii i Hiszpanii (w 1839 przyjeżdżał do nich po radę Stanisław Wysocki, budowniczy kolei warszawsko-wiedeńskiej). Dostarczali też parowozów do wielu krajów, nadal ulepszając ich konstrukcję (np. 1842 wprowadzili tzw. kulisę).
, ur. 9 VI 1781, Wylam k. Newcastle upon Tyne, zm. 12 VIII 1848, Tapton House (Chesterfield),
