1870年7月21日，梅尔维尔举家搬迁到安大略省简朴的边境小镇布兰特福德。这里和国际大都市伦敦有着天壤之别。贝尔因为不习惯而感到痛苦，和父亲之间的关系也越来越对立。不久，梅尔维尔得到了一份在波士顿学校教育聋哑人的工作，可这与他的演讲行程有冲突。贝尔请求代替父亲去波士顿，这意味着梅尔维尔在演示的时候将失去儿子的帮助。梅尔维尔本希望唯一的儿子能够接他的班，这次他想通了，贝尔应该有他自己的世界去征服。
贝尔接受了波士顿学校教育聋哑人的工作，每个学期工资500美元。利用父亲的“可视语音”，再结合自己的想法，他在语音发音方面取得了很大的成功。莎拉·弗勒校长希望他下一个学期能够继续教下去，但是因为没有钱聘他，贝尔不得不回到布兰特福德。然而，贝尔已经爱上了波士顿。著名的哈佛大学和麻省理工学院有当时最为优秀的学者，贝尔喜欢和他们交流思想。虽然没有工作，但凭着充分的自信，他又回到了波士顿。为了维持生活，他为聋哑儿童当家庭教师，其中两个学生将改变他一生的命运：一个是乔治·桑德斯，先天性聋哑儿童；另一个是13岁的梅布尔·哈伯德，4岁时因为猩红热而失聪。
一天晚上，教完了梅布尔之后，贝尔在哈伯德家中弹钢琴。他用钢琴向梅布尔的父亲加德纳·哈伯德展示不同琴键的音高使音调发生了变化。哈伯德对此反应很冷淡。贝尔进一步解释说，几个不同内容的电报可以由协调而不同的频率同时传送出去。哈伯德对这个想法很感兴趣。几年以来，他一直在试图说服议会与传播巨头西部联合公司竞争。如果贝尔的想法可行的话，他的计划就能够得以实现。哈伯德说服了乔治·桑德斯的父亲一起来资助贝尔。贝尔充分利用了这个机会。很快他那间小居室就成了一个实验室。贝尔开始尝试着设计被他称为“谐波电报”的东西。
19世纪70年代，美国的经济繁荣与铁路密切相关。和火车同样重要的是道路旁的电报线，生意要成功，迅捷的通讯是关键。这时，被称为技术奇迹的电报开始受到怀疑：能否设计出可以同时传送多条信息的电报呢？贝尔是试图寻找答案的众多研究者之一。在哈伯德和桑德斯微薄的资助下，他进行着一次又一次的试验。这是一个漫长的过程，交织着失败和运气，年轻发明家的决心面临着激烈的挑战。
在1873年和1874年断断续续的试验当中，贝尔开始考虑一个更大的问题：人类的声音是否也能通过电线来传递呢？在一次参加麻省理工学院的展览会时，他看到了一个叫做“声波记振仪”的发明，通过一张膜来传递声音，把声音记录在烟熏的玻璃上。这个仪器实用价值很低，但是贝尔对它潜在的功能非常着迷。为了躲避波士顿的夏天，1874年他回到了安大略省布兰特福德的家中。贝尔向一位医生朋友要了一个死人的耳骨，做成了极其可怕的声波记振仪。当用这个简陋的仪器研究声音特性的时候，他得到了一个启发：只需要很小的能量就能够扩大人的声音。在草图中，贝尔记下了发明过程中的这一重大突破。
1874年7月2日，贝尔开始构思电话，但是他的计划没有得到支持。当他回到波士顿，主要资助人哈伯德要求他继续研究“谐波电报”。当时，著名发明家伊莱沙·格雷也在研究这种同时发多个电报的技术。哈伯德担心对手西部联合公司总裁威廉姆·奥顿会利用他们强大的实力抢先一步，并对贝尔缓慢的进展感到沮丧。于是，他雇用了一个名叫托马斯·华生的训练有素的电工来做贝尔的助手。两人很快就融洽地合作起来。贝尔知道自己在做电工活以及其他类似事情方面的不足，而华生可以将他的想法做出来。
在电话的研究进展到一定程度的时候，贝尔、哈伯德和桑德斯就将来可能出现的问题签署了一份简单的合作协议。同时，哈伯德继续对电报的研究施加压力，但是贝尔和华生对电话的前景更加着迷。他们的信念终于得到了回报。在寻找一次试验失败原因的时候，贝尔发现是电流搞错了，应该是交流电而不是直流电。当微弱的声音通过电线传过来的时候，贝尔记下了电话的发明时间是1875年6月2日。惊人的成功就在眼前，但是将近一年之后贝尔的发明才问世，其中的原因和电流或者扩音没有任何关系。
几个月以来，贝尔意识到自己爱上了失聪的学生——16岁的梅布尔。当他把这一想法告诉主要资助人哈伯德时遭到了拒绝，他几乎崩溃了。哈伯德希望女儿的婚姻门当户对，而贝尔一个没有职业的发明者是不够格的。梅布尔的母亲则认为贝尔的年龄太大了，后来才证实他只有28岁，远不同于他的外表。贝尔非常固执，无论如何也要娶梅布尔。但是哈伯德控制着他的激情，督促他回到研究中去。贝尔证明了自己是一位绅士，对梅布尔的爱不折不挠，工作中一有难得的空闲就去找梅布尔。所以尽管看来他成不了富翁，哈伯德还是让步了，并为他们在1875年感恩节的订婚祝福。梅布尔则支持未婚夫回到他热衷的电话身边。
漫长的冬夜里，贝尔和华生仍在改进着他们的技术。事实上，他们已经可以去申请专利了，但是贝尔还想做进一步的完善。这时候，哈伯德听说格雷在公开讨论声音传递的设想，并去专利局了解情况。于是他果断采取了行动，1876年2月14日早晨，在没有告诉贝尔的情况下就向专利局提交了申请。几个小时之后，格雷也向专利局提出申请，他的图纸显示了对电话的构想。显然，贝尔走在了前面，但是技术完善的竞争仍在继续。
1876年3月7日，贝尔的电话专利得到通过。3月10日，他在测试仪器时，一不小心硫酸溅到了腿上，疼痛异常，他立即喊道：“华生先生，到我这里来。我想见你。”当华生跑进房间时，他们立即意识到发明成功了。但在那时，没有多少人看好电话的未来。贝尔到费城的世纪博览会展示他的发明，但是没有引起轰动。为了解人们的反应，他决定向公众演示这一技术成果。几年以前，为父亲展示“可视语音”时所表现出的才能在这里得到了发挥。人们震惊了。同年10月，在回到布兰特福德家里时，贝尔进行了一次远距离展示。从杂货店到贝尔的小屋拉了一条5英里长的电报线，贝尔和华生首次进行了两地间的通话。当华生用毯子把自己包起来以遮挡人们的大喊大叫时，无意当中发明了电话亭。后来在塞勒姆的一次展示当中，消息从14英里以外传到了波士顿。电话时代开始了。