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.

Ост-индская компания проводила мобилизацию в войска, находившиеся в Индии. Король предоставил компании право насильно забирать в солдаты дезертиров, беглых преступников, бродяг и других подобных элементов. Ссылаясь на это право, Ост-индская компания организовала в Лондоне настоящую охоту за людьми. Её агенты группами по несколько человек скакали верхом на лошадях по улицам города, хватая всякого, кто казался им подозрительным. Однажды Уатт едва ушёл от такой конной группы, забежав в ближайшую продуктовую лавку. Не имея документов, он становился именно тем человеком, за которым гонялись агенты Ост-индской компании.

Из Лондона Уатт вернулся измождённым, обескураженным и растерянным. То, что вопреки всем лишениям и невзгодам он всё-таки освоил избранную профессию, казалось несущественным. Документов, подтверждавших его высокую квалификацию, не было. Глазговский муниципалитет, куда он обратился за разрешением открыть мастерскую, даже не принял его заявления. Во-первых, он не был жителем Глазго, а во-вторых, к заявлению требовалось приложить ходатайство соответствующего цеха ремесленников. Получить такое ходатайство, не пройдя полного срока ученичества у одного из глазговских мастеров, было не мыслимо. Уатт не знал, что делать дальше, где найти применение своему мастерству.

Выручил случай и дядя Мюрхед. В глазговском университете освободилось место механика, и дядя Мюрхед использовал всё своё влияние, рекомендуя на это место Уатта. Однако Учёный совет колебался. Всех смущала молодость Уатта и отсутствие документов о его квалификации.