在这支新建团队的协助之下，肖克利重新开始研究他在五年前提出的理论，希望找出可以替代真空管的固体材料。他的假设是，如果将一个强电场放置在一块半导体材料制成的厚板旁边，这个电场会将部分电子吸引到厚板的表面，从而产生一股可以击穿厚板的电流。根据这种现象，半导体也许可以利用微弱的电信号来控制强大得多的电信号。低强度的电流可以作为输入信号来控制（或者通断）高强度的输出电流。这样的话，半导体也可以像真空管一样用作放大器或者通断开关。
然而这种“场效应”（field effect）理论还存在一个小问题：在测试这个理论的时候，肖克利的团队向一块金属板加上了1 000伏特的电压，然后把它放在距离半导体材料表面仅为1毫米的位置，但是什么事情都没有发生。“电流没有出现可观察的变化。”他在实验记录中写道。他后来表示这种情况“十分令人费解”。
找出一个理论失败的原因可以帮助提出一个更好的理论，所以肖克利要求巴丁为此给出一个解释。他们对一个叫作“表面态”的概念进行了长时间的讨论，表面态指的是距离材料表面最近的原子层的电子性质和量子力学描述。五个月之后，巴丁得出了自己的研究结果。他走到自己与布拉顿共用的黑板前面，写下自己的想法。
巴丁发现当一个半导体材料带电的时候，它的电子会被限制在材料表面，无法自由移动。这些电子会形成一个屏障，即使是距离仅为1毫米的强大电场也不能穿透这层障碍。“这些新增的电子会被固定在表面态中，”肖克利表示，“在带正电的控制板的影响下，表面态实际上会阻挡来自半导体内部的电子。”18
现在固体物理研究小组有了一项新的任务：找到可以打破在半导体表面形成的屏障的方法。“我们根据巴丁提出的表面态概念设计了一些新的实验，这是我们的研究重点所在。”肖克利解释道。他们必须突破这层障碍才能让半导体实现控制、通断和放大电流的作用。19
这项研究在接下来的一年里都没有多大的进展，然而他们却在1947年11月取得了一系列重大的突破，因此这个月也被称为“奇迹之月”。巴丁完善了“光伏效应”（photovoltaic effect）的理论，光伏效应指的是光照可以使两种互相接触的材料之间产生电压。他推测这个过程或许可以移除部分形成屏障的电子。与巴丁并肩工作的布拉顿设计出了一些用于测试这个想法的实验。
从不久之后发生的事情来看，他们确实是得到了幸运之神的眷顾。为了改变实验的环境温度，布拉顿将部分实验放到保温容器里面进行。但是在硅材料上凝结的水滴总是会影响测量的读数。解决这个问题的最佳方法是将整个实验装置放到真空环境中，但是这样做会非常麻烦。“我确实是个懒惰的物理学家，”布拉顿承认道，“所以我想到了将实验装置浸入绝缘液体当中。”20 他在保温容器里面装满了水，这种方法可以简单地避免冷凝的问题。他和巴丁在11月17日尝试了这种实验方法，并取得了很好的效果。
那天是星期一。他们在这个星期里面不断地交流各种关于理论和实验的想法。到了星期五的时候，巴丁想出了一种无须将实验装置浸入水中的方法。他认为只需要在金属尖端与硅材料接触的位置放上一滴水或者少量凝胶就可以了。“来吧，约翰，”布拉顿兴奋地回应道，“我们一起把它做出来吧。”这种做法的难点在于金属尖端不可以直接与水滴接触，不过布拉顿是个随机应变的天才，他利用少量的封蜡解决了这个问题。他拿出了一块切割良好的硅材料，然后在上面滴上一滴水，接着为一段电线涂上一层绝缘的封蜡，最后将电线穿过水滴戳到硅材料上。他们成功了，这个装置能够在一定程度上实现放大电流的功能。这个“点触式”装置为晶体管的诞生奠定了基础。
巴丁在第二天早上回到办公室，并将实验的结果记录在自己的笔记本上。“这些测试确实证明了利用电极或栅极控制半导体中的电流是可行的。”他写下了这样的总结。21 他在这周的星期天也继续加班工作，而这通常都是他外出打高尔夫球的日子。他们也认为是时候向肖克利报告当前的研究进展了，后者在过去几个月里一直忙于处理其他的事务。在接下来的两个星期里，肖克利会经常下来他们的实验室进行指导，不过他基本上没有限制这对二人组合的工作，只是督促他们加快研究的进度。
他们在实验室的同一张工作台上并肩作战，巴丁会平静地提出自己的想法，布拉顿则会兴奋地一一测试这些想法。巴丁有时还会在布拉顿的笔记本上写下实验的进度。感恩节很快就过去了，但是他们对此浑然不觉，因为他们一直忙于测试各种不同的实验设计：比如用锗材料替换硅材料，用油漆替换封蜡，以及将接触点的材料换成金。
通常来说是巴丁先提出理论，然后由布拉顿负责进行实验，但有时候这个流程也会反过来：出乎意料的实验结果会催生出新的理论。在其中一次使用锗材料的实验当中，材料产生的电流方向与他们预期的刚好相反，但是这股电流的放大比例超过了300倍，远远超出他们之前能够达到的倍数。于是他们遇到了物理学领域中一个老生常谈的情况：他们知道这个方法在实际操作中是可行的，但他们能否找出它的理论依据呢？巴丁很快就做到了这点。他发现电子会在负电压的影响下逃逸，这样会导致“电子空穴”的增加，电子空穴是指本来存在电子的位置被空出来的现象。这种空穴的存在会吸引电子的流入。
但是他们遇到了一个问题：这个新的装置无法放大较高频率的电流，比如听觉可辨的声音，也就是说这种方法不能用在电话里面。在经过了理论分析之后，巴丁认为这个问题的原因是水滴或者电解液影响了装置的性能。他立刻构思了一些其他的设计。其中一个设计是采用金底板作为电场的来源，然后将锗材料放在距离底板上方非常近的位置上，并将电线的尖端插入锗材料。这个设计能够成功地放大电压，至少可以实现轻微的放大效果，而且它还可以用于较高频率的电流。巴丁再次为这个偶然的实验结果给出了理论上的解释：“这个实验表明空穴从金底板流向了锗材料的表面。”22
就像是在同一台钢琴上进行的应答二重奏（call-and-response duet）一样，巴丁和布拉顿仍在继续他们的反复创新。他们发现提升电流放大比例的最佳方法是使用两个距离非常近的接触点，然后将它们同时插到锗材料上。根据巴丁的计算，两个触点之间的距离应该小于0.002英寸。即使对于布拉顿来说，这也是一个相当棘手的难题。但是他最终想出了一个更为巧妙的方法：他先准备了一个箭头形状的塑料楔子，并在它的表面贴上一片金箔，然后用刀片在楔子尖端的金箔处切开一道小口，这样就形成了两个距离非常近的金接触点。“这就是我所做的一切，”布拉顿叙述道，“我用刀片小心翼翼地切开这个回路，然后把它固定到一个弹簧下面，接着把它按到同一块锗材料上。”23
1947年12月16日星期二的下午，当布拉顿和巴丁对这个装置进行测试的时候，他们见证了奇迹的一幕：这个装置奏效了。“我发现如果把它扭动到正确的位置，”布拉顿回忆道，“它将会变成一个放大比例达到100倍的放大器，这个量级已经足够用于听觉可辩的声音了。”24 在当天晚上回家的路上，健谈的布拉顿向同车的其他同事说自己刚刚完成了“人生中最重要的一次实验”。然后他请求他们保证不要将此事外传。25 虽然巴丁在这趟车上保持了一贯的沉默，但是他在晚上回家之后做出了一个不寻常的举动：他告诉了妻子自己今天的工作情况。当时他的妻子正在厨房的水槽前削萝卜，他像喃喃自语般地说出了一句话：“今天我们有一个重大的发现。”26
晶体管确实是20世纪最重要的发现之一。这是一位理论家和一位实验家并肩作战的工作成果，他们就像是处于共生关系一样，实时地来回交换各自的理论和实验结果。他们所处的环境也为晶体管的发明起到了重要的作用，他们可以在这里的长廊上偶遇熟练掌握锗材料掺杂技术的专家，或者在这里的学习小组中与其他人一起探讨表面态的量子力学解释，又或者和一些精通远距离电话信号传输的工程师共进午餐。
在接下来的星期二，也就是12月23日，肖克利为半导体研究小组的其他成员和贝尔实验室的几位高管组织了一场演示活动。在这场演示上，高管人员都戴上了耳机，然后轮流对着一个话筒讲话，他们可以在耳机中听到各自说话的声音，而这些声音都是由一台简易的固体设备放大而成的。这本来是一个应该与亚历山大·格拉汉姆·贝尔向电话喊出第一句话相提并论的历史性时刻，但是后来竟然没有人能想起演示参与者在当天下午对这个装置说过的话。相反，这个事件只是被轻描淡写地记录在实验笔记本里面。“对该装置进行接通和断开操作之后，话音电平得到了听觉可辨的放大。”布拉顿写道。27 巴丁的实验记录的语气则更为平淡：“将两个金制电极接触到经过特别处理的锗材料表面可实现电压放大。”28