１９世纪末，有关载人飞行试验的资料是很少的，但莱特兄弟还是把能够找到的有关文献都找来读了。使他们最感兴趣的是关于奥托·雷连萨尔和奥塔维·沙努提的报道，这两人一个在德国，一个在芝加哥附近的密西根湖畔，他们分别进行了大量的滑翔试验。
这样的消息知道得越多，兄弟俩自己制造并驾驶飞机的决心也就越坚定。
１８９６年，利林塔尔从滑翔机上摔死的时候，哥哥２９岁，弟弟２５岁，他们是从自己的报上得到这意外消息的，他们感到很难过。接着，一连串的飞行失败消息又纷至沓来：１８９９年，英国的皮尔彻因试飞失事丧命；此后，英国飞行专家马克沁试飞摔伤；接着，法国技师亚德制作的飞机在飞行中破碎……但这一切都动摇不了兄弟俩研制飞机上天飞行的决心。
哥哥从利林塔尔处学到了成功的经验，他着手对鸟的飞翔进行研究。他从家里的书架上取下了一本马耶博士写的书———动《物的结构》，这本书第一次描述了海鸥翅膀的运动情况，它激起了莱特兄弟的思考：如果鸟的身体能由翅膀来支撑，为什么人的身体就不能呢？
在３年的时间里，他们研究了能得到的所有的资料，然后又去华盛顿。在那里，他们发现了另一个研究飞行的伙伴兰利。当时，兰利已经制成了一架蒸汽动力模型飞机，并且飞行了五六千米。兄弟俩认为，在空中如果要较好地控制飞机，首先必须弄清楚升力和重力的问题，因此，他们和利林塔尔一样，开始对一种飞鸟———鹳进行研究。他们晚上学习德文、读书，白天则集中精力观察鹳的飞行。利林塔尔在书中写道：“每一只鸟都是一名奇技表演师，谁要飞行，谁就得模仿鸟。”
为了真正从鸟的飞行中得到启发，他们不顾一切地跑上荒山，仰卧在岩石上，一连几个小时一动不动地观察鸟的飞翔动作：它们怎样起飞？怎样盘旋？怎样滑翔？每当他们从山上回来，就又急切地投入学习，他们学习数学、空气动力学，向史密林博物馆索取了大量的有关书籍和文章，其中就有查纽特的《飞行机器的进步》一书，该书全面总结了前人失败的经验教训。
１８９９年８月，莱特兄弟用自行车生意赚来的钱，造了一架５英尺长的双翼风筝式飞机，并像放风筝似地把它送到空中。在观察了机器如何在有风条件下改变方向的问题后，威尔伯得出结论说，只要用与拉线相连的小棍加以调节，使翼梢保持不同的迎风角度，就可以控制飞机的航向。他们一试验，果然是那么回事，这对莱特兄弟日后的成功有着深远影响。
１９００年，威尔伯和奥维尔造出了他们的第一架滑翔机。这是一架双翼飞机，利用几根绳索控制机翼的歪斜，并通过飞机前部的水平升降舵控制飞行的升降。他们写信给美国国家气象局，打听合适的试飞地点，结果被介绍到北卡罗莱纳州基蒂霍克村附近的那座荒凉沙滩上去。那地方，从大西洋上刮来的海风的速度相当稳定，一般都是每小时２０英里以上，有时还要更大些。借助这样的风力，载人滑翔机完全可以起飞。那里的沙滩又松又软，不要说大树，就是灌木也没有，正是飞机降落的好地方。而且，那一带人烟稀少，作飞行试验是不会伤人的。
１９００年１０月，莱特兄弟带了滑翔机，做好了各种准备，来到基蒂霍克。他们在那里进行了一系列成功的载人飞行。
第二年夏天，莱特兄弟带着第二架滑翔机，又来到这里。在此之前，他们在代顿市的修理铺内建造了一个小型风洞，对几十种机翼模型进行了升力和拉力试验。１９０２年，他们造出了第三架滑翔机，机上增加了固定垂直尾翼，可以更好地控制飞行。此后，他们又代之以活动尾舵，同控制机翼歪斜的绳索连在一起，这样，飞机就可以稍带倾斜地转弯了。
１９０２年８月至１０月期间，莱特兄弟驾驶着滑翔机，在基蒂霍克进行了大约１０００次飞行。飞行时的最高风速曾达到每小时３６英里，这在当时可算是个惊人成就，是创造世界纪录的飞行。这时他们才发现，他们根据雷连萨尔的气压表所进行的各种计算的方法都是错误的，从此，他们开始摸索起自己的算法。
那些年里，莱特兄弟时常给奥塔维·沙努提写信。沙努提是当时首屈一指的滑翔机权威，首次见到莱特兄弟时，他已是将近７０岁高龄的老人了。他一直支持他们，不仅提出许多宝贵建议，还亲自到代顿和基蒂霍克去看望他们。
１９０３年夏季，威尔伯和奥维尔认为进行动力飞行试验的条件已经成熟了。
“飞鸟”———现代飞机的诞生莱特兄弟不仅是伟大的发明家，肯于钻研的学者，而且还是极为精明的商人，他们并没有完全沉迷于研究和发明，虽然他们还没完全解决飞机的动力装置，但他们对此抱有绝对的信心。他们非常及时地为他们的设计提出了专利申请，这是至关重要的一步。因为当时对于飞机发明的竞争，已到了白热化的地步。抢先一步的专利申请，既为莱特兄弟争取到了时间，也为第一架飞机发明权的归属问题在法律上铺平了道路。
莱特兄弟在提出专利申请之后，全力进行飞机动力装置的研制。由于当时汽车内燃机刚发明不久，特别是内燃机的机体十分笨重，汽车公司的老板们不愿冒过大的风险制造航空发动机。于是，莱特兄弟只好自己动手，在自行车技师泰勒的帮助下，他们用了６个星期的时间，制造成功了一台１２马力的活塞式发动机。其重量包括附件、水和燃料达９１公斤。
莱特兄弟为减轻飞机的重量，飞机机身、骨架和螺旋桨全部都采用既轻又牢的枞木和按木制造，机翼用棉布，放弃了起落架和机轮，机身下做成雪橇以滑行着陆。这样，飞机的总重量不超过２８０公斤。
１９０３年炎热的夏季，莱特兄弟制造出了第一架飞机，取名为“飞鸟”。１２月初运至基蒂霍克。当月１２日，莱特兄弟准备试飞，但天公不作美，他们只好推迟两天。
１４日，莱特兄弟将“飞鸟”运到发射轨道上，并请来附近基尔德维尔救生站的朋友们作见证人。就在此时，莱特兄弟为一件事发生了争执：谁来作为人类历史上的第一个飞行员，进行这具有历史意义的处女飞行？
莱特兄弟谁也不肯放弃首飞权。虽然他们知道，首飞要承担极大的危险，甚至可能丧失自己宝贵的生命。但是，这一切难以预测的危险不但不会让他们望而生畏，反而更激发了他们与死神一搏的豪气。正如哥哥威尔伯所说：“若谁想绝对安全，那就坐在墙头上看鸟飞好了；如果谁想飞行，那就得动手造一个机器，在实际试验中去熟悉它。”
人们默默地望着静静伏在轨道上的“飞鸟”，偶尔抬头看一眼蔚蓝的天空，谁也不愿去看争执不休的莱特兄弟，也想不出什么有力的理由来说服这两个发明大师。忽然，不知谁说了一句：“既然是要飞上天去，那就由天来决定吧！
“对！掷硬币，看天意如何？”有人附和道。
“我要头像！哥哥威尔伯毫不犹豫地说，弟弟奥维尔点点头，表示同意。
于是，莱特兄弟像决斗的勇士一样互相盯着对方，由见证人把一枚硬币向空中高高抛起。在硬币当的一声落到地面上那一刻，时间似乎停止了，人们的心似乎都停止了跳动。
“头像！见证人毫无表情地宣布。
威尔伯脸上兴奋的表情一闪即逝，似乎想说什么来安慰一下失望的弟弟，但奥维尔脸上的失望如电光一闪，瞬息即逝，他平静地向哥哥伸出友谊之手。“祝你成功！他的祝福发自内心深处。
四只手紧紧地握在了一起，这是历史的握手！
威尔伯登上“飞鸟”，俯伏在驾驶座位上，试飞开始了。
也许是威尔伯太兴奋了，当“飞鸟”离开地面向空中爬升时，他把机头拉得过高，几乎与地面垂直，飞机失速，失去了升力，一下子掉到松软的沙滩上。飞机受到了一定的损坏，幸好未伤筋骨。
莱特兄弟经过两天的抢修，于１６日修好了“飞鸟”，并再次做好了试飞的准备。
第二天，也就是１９０３年１２月１７日，这个值得人类骄傲的日子，莱特兄弟又开始了试飞。这次轮到弟弟奥维尔了，奥维尔吸取了哥哥失败的教训，他先不急于把机头拉高，待飞机达到一定的速度后，再逐渐拉高机头，“飞鸟”像展翅的雄鹰，直冲云霄。人类历史上第一架重于空气的、有动力的飞机终于飞起来了！
“飞鸟”在空中飞行了１２秒，飞行距离为３６．５８米，成功地降落到地面上。
奥维尔走下飞机，哥哥威尔伯跑上去，与弟弟紧紧拥抱，分享这胜利的时刻。
莱特兄弟再接再厉，威尔伯又进行了两次试飞，奥维尔休息片刻后也再飞了一次。这一天共进行了４次飞行，威尔伯的成绩最好，飞行了２６０米，持续飞行了５９秒，这个成绩成为后来举世公认的飞机第一次自由飞行的纪录。
人类数千年的飞行之梦，在１９０３年１２月１７日这一天终于变成了现实，飞机时代到来了！
再接再厉当天傍晚，兄弟俩兴奋地给父亲发去一封历史性的电报，向他报告飞机飞行成功的喜悦，并请他转告新闻记者。莱特主教当即这样做了。
事实上，莱特兄弟的成功试飞并不是在众目睽睽之下进行的，当时，除了他们兄弟俩以外，在场的只有７个当地人，他们没有一个人是新闻记者。当时，莱特兄弟也拍摄了飞机起飞的照片，但直到几年之后，照片才展出。不少人对此还持怀疑态度，没见过这次飞行的人们，仍然不相信莱特兄弟的飞机飞上了天空这个消息是真的，当记者把这一成功的消息发布给２１家报馆后，只有３家报纸发表了这个消息，而且登出的还是歪曲和失实的消息。一件改变人类历史进程的重大发明并未引起世界的轰动。
人们的冷漠态度使莱特兄弟感到沮丧，但他们回到代顿市后，又设计了第２架“飞鸟”，换用了性能较好的内燃发动机，功率为１６马力。这架飞机于１９０４年５月制造完成，并在他们的出生地代顿市以东大约１３公里的赫夫曼大草原上进行试飞。他们一共进行了１０５次飞行，最长的持续飞行时间超过了５分钟，飞行距离问题的重严了一个到碰他们，是但。米千４．４达，在飞机急转弯过程中，“飞鸟”操纵不灵，容易造成失速，并且失去控制。
当年冬天，兄弟俩制造出了第３架“飞鸟”，在赫夫曼大草原上又进行了５０次飞行。为了解决转弯时失速的问题，他们把用于操纵机翼和方向舵的钢索分隔开来，以便灵活操纵机翼和方向舵。经过这次改进，“３号便完全能进行机动飞行了———飞鸟”它能倾斜，能转弯，能轻松地绕圆圈，能按“８“字形飞行。
１９０５年１０月５日，哥哥威尔伯驾驶着这架飞机竟持续飞行了３８分钟，航程３９千米。
莱特兄弟确信“飞行器的时代终于来到了”，他们的“飞鸟”３号已经是一架可供实用的飞机了。他们深信飞机在军事侦察上很有用，便向美国陆军提供了他们的设计，但当局的反应却十分冷淡；他们又找英国政府谈判，结果同样令人失望。
由于美国和英国政府都不支持，莱特兄弟感到大失所望，他们决定停止所有的飞行，以防他人对自己的发明进行剽窃和模仿。从１９０５年１０月至１９０８年５月，在长达两年零七个月的时间里，他们既不飞行，也不允许任何人参观他们的飞机。
几经周折，他们终于在１９０６年５月２２日那一天得到第８２１３９３号飞行机器专利。
莱特兄弟几次要把飞机卖给美国政府，但政府连看都不看一眼就拒绝了。直到１９０８年２月，在富于冒险精神的西奥多·罗斯福总统的鼓动下，美国陆军作战部终于同意去观看莱特兄弟的一次正式试飞。３月，美国陆军部才提出以２万５千美元的代价来购买他们的一架飞机，条件是必须符合以下几项要求：可载两人，最高时速可达４０英里，飞行距离可达１２５英里。
一个月后，法国人答应给莱特兄弟１０万美元（专利费以后另付），以便在法国开设一家莱特公司，但也有一个要通过特别考验的条件。莱特兄弟欣然接受了这两项要求。因为在停止飞行期间，威尔伯和奥维尔又制造出３架新的飞行器，所以他们坚信自己能通过这两次考验。
１９０８年８月８日，哥哥威尔伯接受出国任务，乘船前往法国。在那一年的夏秋两季，威尔伯驾驶“莱特Ａ型”飞机在法国勒芒赛马场上空盘旋，进行了一系列令人叹为观止的飞行表演，飞机不时地爬高、倾斜、转弯，以及进行平稳转圆圈和“８”字飞行，浪漫的法国人看了，无不瞠目结舌。这之前，许多人还以为他是个令人讨厌的美国江湖骗子呢。“飞鸟”打破了当时所有飞行器的各项记录，而且还表明它是一种能像鸟儿般自由翱翔的飞机。这次飞行以及以后的几次飞行成了世界各国的头条新闻，受到了全世界的瞩目。《伦敦每日镜报》惊呼那架飞机是“迄今制造的最神奇的飞行机器”。在美国弗吉尼亚的福特梅尔，奥维尔也当众作了同样表演。各家报纸都刊出热情的报道和图片，公众这才第一次了解到世上确有一种可以由人驾驶的飞行机器，而发明和驾驶这种机器的，就是美国俄亥俄州代顿市的莱特两兄弟。
一个月后，为了证实有能力承担陆军的一项飞机制造合同，奥维尔作了从弗吉尼亚州迈尔斯堡起飞，穿越华盛顿波托马克河的飞行表演，拥挤不堪的人群为之欢呼雀跃。顷刻间，莱特兄弟成了当时备受关注的焦点和家喻户晓的人物。１９０９年，莱特兄弟在巴黎、伦敦和华盛顿赢得了很多荣誉，美国总统塔夫脱称赞这对“杰出的美国兄弟全身心地投入飞机制造事业”。作为发明家，莱特兄弟思想单纯，富有灵感。但是，作为生意人，他们很快就发现自己在市场上开发太缺乏经验。正像他们担心的那样，飞机设计方面的竞争对手很快便抄袭了他们的技术。莱特兄弟研制的飞机是由他们在代顿开办的莱特公司以及欧洲的一家联合企业制造的。他们在大西洋两岸向法院提起专利侵权诉讼，并最终在多数法律诉讼中取得了胜利。然而，市场竞争给他们的发明造成了相当大的损失，他们不能专注于曾经最擅长的工作：研究与开发。到１９１１年，竞争对手制造的飞机在性能上已走在了他们的前面，而威尔伯此时却染上了伤寒，去世时年仅４５岁。