Учась в гимназии, Уатт не только не забросил свои занятия в отцовской мастерской, но, наоборот, чем больше узнавал на уроках в гимназии, тем больше смысла находил в своих поделках и с тем большим интересом осваивал ремёсла. Занятия в гимназии и занятия в отцовской мастерской удивительным образом дополняли друг друга, объединённые общим принципом учиться и узнавать новое.
Отец Уатта никогда не думал сделать из сына обыкновенного мастерового в своей мастерской, но он считал, что семья должна создавать наиболее благоприятные условия для развития природных способностей детей, как их ума, так и их рук. "Пусть делают то, к чему имеют природное влечение", -говорил Джеймс Уатт-старший, -лишь бы делали серьёзно, с увлечением, а подчиняться обстоятельствам жизни научатся, когда придёт время". Поэтому в дополнение к инструментам он построил для сына верстак, а потом небольшой горн.
Особых наставников у Джеймса Уатта-младшего не было, но в мастерской работали не только хорошие столяры и плотники, но и кузнецы, слесари и даже слесари-инструментальщики, и молодой человек мог многому от них научиться. Он делал то модели отцовских машин, то инструменты. Однажды он принялся отливать даже серебряную монету, которую долго хранил потом как память об этом времени. Но главное он приучался владеть инструментами и другими орудиями труда, узнавал свойства различных материалов, сам осуществлял свои замыслы, вырабатывал в себе практическую сноровку и находчивость.
Когда Джеймсу было 18 лет, дела отца пришли в упадок, и не было никакой надежды, что они поправятся. Стало ясно, что обоим сыновьям придётся рассчитывать на собственные силы.
На семейном совете было решено младшего сына приучить к коммерции, а Джеймса сделать оптиком, вернее, мастером по математическим инструментам и оптическим приборам.
В середине XVIII в. в английских городах безраздельно господствовало средневековое законодательство, в том числе цеховые уставы ремесленников. Чтобы заниматься каким-нибудь ремеслом, нужно было прослужить несколько лет учеником у одного из мастеров соответствующего цеха, а затем пройти ещё целый ряд формальностей. Особенно строгими английские цеховые уставы и правила были по отношению к выходцам из других городов и других сословий.
В 1754 г. Джеймс Уатт поступил учеником к одному мастеру в Глазго, но через год ему стало ясно, что в этой мастерской хорошим специалистом не станешь. Джеймс Уатт оставил этого мастера и поехал в Лондон. Оптические приборы лондонских мастеров славились по всей Англии и за её пределами, но оказалось, что для иногородних в их цехе установлен шестилетний срок ученичества. Такое длительное обучение Уатт никак не мог выдержать: не было денег на питание и жильё.
С большим трудом Уатт уговорил одного из мастеров обучить его за один год, но мастер выдвинул тяжелейшие условия: работать по 12 часов в день, соблюдать строжайшую тайну, чтобы никто не узнал, что он учится, и после окончания учёбы не требовать от мастера никакого документа и вообще никакого подтверждения, что он прошёл курс обучения у этого мастера. Уатту пришлось согласиться на эти условия.
В Лондоне он действительно многому научился, но здоровье его настолько пошатнулось, что он сам и его друзья серьёзно опасались чахотки.
Весь этот год Уатт жил почти не выходя на улицу. У него не было денег, чтобы внести мастеру залог за своё обучение, и он отдал ему все свои документы. Вскоре оказалось, что без документов в Лондоне жить рискованно, можно угодить в солдаты.
