Przez następnych dziesięć lat zdobywał wiedzę o maszynach parowych, by w 1812 zacząć je budować.
George Stephenson zaprojektował swój pierwszy parowóz 14 czerwca 1814, wykorzystywany był do transportu węgla z kopalni. Nazwany Blucher (na cześć pruskiego generała), był w stanie ciągnąć 30 ton ładunku z prędkością 6 km/h i jako pierwszy był wyposażony w koła obręczowe dające dobrą przyczepność do toru. Przez następnych pięć lat zbudował szesnaście takich maszyn.
George Stephenson odniósł jeszcze większy sukces, kiedy został wynajęty, by zbudować 13 km kolei od Hetton do Sunderland. Pochylenia terenu wykorzystał, budując odcinki, na których wagony mogły się staczać swobodnie, a na innych były ciągnięte przez parowóz; to była pierwsza kolejka niewykorzystująca zwierząt pociągowych. Została otwarta w 1822.
W 1821 rozpoczęto realizację projektu kolei Stockton & Darlington. Pierwotnie w planie do transportu wózków po metalowych szynach zakładano użycie koni, lecz po spotkaniu ze Stephensonem dyrektor spółki zgodził się zmienić plany. Prace rozpoczęto w 1822, a we wrześniu 1825 George Stephenson skończył budowę pierwszego parowozu dla nowej kolei. Pierwotnie nazwał go Active, lecz wkrótce zmienił na Locomotion. Kolej Stockton & Darlington otwarto 27 września 1825.