愛迪生為了找到一種能夠發出比貝爾電話聲音更大的材料，他試驗了50種左右的不同的傳話器和許多不同的電話機。每一部電話送出的聲音比以前發明的電話的聲音大而清晰，但沒有一部電話機能使愛迪生感到滿意。
一天晚上，當他在實驗室做試驗時，油燈不亮了。他發現一種被稱為碳黑的黑材料把燈的玻璃罩子燻黑了。愛迪生把這碳黑塗在一個金屬的輪狀物上。用這種物質製成的小盤裝在電話裡，產生了極佳的效果，它發音清晰，音量比使用電磁原理製造的電話大數倍。
愛迪生的電話終於完成了。1877年4月，愛迪生申報了這種碳阻電話送話器的基礎專利，因當時專利糾紛甚多，愛迪生的這項專利直到1892年5月才得以批准。
他的「碳素送話機」和現在世界各地所使用的一樣，這種送話機比貝爾的更為優越。在貝爾電話系統中，產生必要電流的因素是人的聲音，而這種電流是微弱的；在愛迪生的電話系統中，人的聲音只是用來開閉控制任意強度電流的閥。從應用的角度講，愛迪生的授話器還具有另一突出的特徵。在貝爾系統中，通過導線，連接電話機的是原有的弱電流。但是，在愛迪生的裝置裡，電流通過初級線圈，線圈就能產生與之相應的然而卻要強得多的電流，這種電流通過導線傳向接收機，通話的距離就從幾英里一下提高到了數百英里。
因此，有人評價說：「事實上愛迪生在現代電話的設計上，他所做的貢獻甚至超過了貝爾」。也有人說：「雖然電話的發明無疑應歸功於貝爾，但是沒有愛迪生革命性的基礎改良，它在世界範圍內的應用就要緩慢得多」。
電話的發明人，到底是愛迪生還是貝爾？這個問題反覆提出討論，雙方在法院爭論了11年之久，最後法庭決定貝爾是發明人，而使它實用的則是愛迪生。
儘管法律對愛迪生的碳阻話筒技術遲遲不予承認，但「西方聯合公司」還是想要愛迪生發明的送話器，希望能出讓給他們。愛迪生自己認為這項技術可值2．5萬美元。他先請奧頓出價。奧頓的回答是10萬美元。愛迪生在同意這個數目時附加了一個條件，即公司不要一次付清10萬美元，而是依專利期限分16 年付完。
愛迪生說：「你想買下改良電話的專利，可以，但是10萬美元必須分成一年6000元來付清，一直到17年後，專利無效時為止」。
這樣大的一個數目，多數人都會急於拿到全部現款，而愛迪生則要求對方分期付款，這是什麼原因呢？愛迪生後來對此有一個解釋：「我的野心比我的工作能力大4倍。如果一次得到這筆錢，我會一下花光，因此我要讓自己無法做到這一點，這樣，我就解決了16年的貧困之憂。」由於愛迪生不善於理財，這個條件使他喪失了10萬美元的利息。
奧頓得到愛迪生的碳阻送話器後，便開始向貝爾發起進攻。不久，他在西方聯合公司的支持下，用30萬美元開辦了美國電話公司。碳阻送話器一經採用，貝爾電話的租戶也立刻要求獲得與此性能相同的設備。
赫伯特卡松在他撰寫的電話史中寫道：「貝爾系統新的總經理剛一上任，立刻面臨著如何與西方聯合公司競爭的難題。西方公司具有性能更佳的送話器，有大批的經銷商，有電話網以及4000萬美元的雄厚資本，因而所有報紙、旅館、鐵路和交通樞紐等陣地，均被它佔領。這樣，貝爾系統每邁出一步便要付出極大的代價。不久貝爾的幾名『大將』都相繼背叛，迫使他不得不親自掌管他們遺棄的崗位。每當拆開信件，不是給他帶來喪氣的新聞，就是給他吹來失敗的冷風。」
這樣，愛迪生與貝爾發生了非常激烈的爭執。1878年秋，碳阻送話器被送到英國並進行試驗。試驗結果很成功。試驗以後，又在英國皇家學院作了表演。試驗時，在線路的一端用了愛迪生的送話器，而另一端的收話器卻是貝爾的電磁系統。
因此，貝爾在倫敦的代表雷諾茲上校馬上提出警告：除非愛迪生今後停止使用貝爾裝置，否則將指控他侵犯專利。愛迪生在倫敦的代表古勞德上校立刻將這一消息電告愛迪生。愛迪生聽後，表示要設計出一種繞過貝爾專利的電話接收機。於是，他立即停止對白熾燈的研製，與全體研究人員一起全力以赴地投入了電話技術的攻關。愛迪生用了不到三個月的時間，繞過貝爾專利，拿出了新型的、聲響更大的收話器。
1879年3月，愛迪生的侄子查爾斯帶著這架接收機到英國。4月，這台機器和碳阻送話器一起拿到皇家學會表演。送話器裝在皇家學會在阿爾比馬勒街的試驗室，接收機安在皇家學會的伯林頓館，收聽效果很好。為了讓貝爾的陣營相信，愛迪生一方對待此事並無認真之意，愛迪生一方宣佈，這架接收機是為了實驗、在5天之內趕製出來的。
不過，愛迪生的接收裝置確實存在缺點，其中之一就是要不斷地轉動白堊滾筒。儘管如此，愛迪生的這種「電化學電話」還是比它的前身前進了一大步，將它拿到美國科學促進會表演之後，愛迪生本人贏得了巨大的聲譽。愛迪生與貝爾之間的爭鬥到1879年8月30日發展到了白熱化程度。
這天，愛迪生和貝爾都來到了薩拉托加溪市的市政廳，現場表演各自的電話設備。這時，愛迪生的新型電話筒已經迴避了貝爾系統改採用的設計方法，代之以馬達驅動式的「馬達驅動接收機」。對於這次比賽，《紐約論壇報》評論說：「愛迪生的電話聲壓倒了一切，聽眾們可以清晰地聽到『曾經有位小姑娘』等優美清新的歌曲。」
特別地，當愛迪生登上講台時：「他的姿勢真說不上漂亮，但他的眼睛卻異常有神，他坦率而真誠，唯一的不足是他講話有點不連貫，不過倒常常說到了點子上……」。
在表演之前，在英國的古勞德上校成立了愛迪生電話公司倫敦分公司。愛德華特約翰遜被派到那裡，建起一座電話交換台，旨在與貝爾電話唱對台戲。當時，英國人認為電話既有利也有弊，《泰晤士報》甚至發表一些有趣的看法：「人們普遍抱怨，由於電報的發明，現代生活，特別是商業生活的情況幾乎變得令人難以忍受；電話的來到，則勢必會造成更大的混亂」。
由於人們的某些偏見，古勞德上校在推銷電話時產生了困難。但是，古勞德上校和他的部下都是堅持不懈的宣傳家。他們在《泰晤士報》上發表文章，介紹電話裝置，以說明電話給人們帶來的方便。愛迪生的這位經理寫道：「某先生在離開家到外面狩獵時，電話還沒有安裝，雖然電線已經拉了過去。
在他外出不久，電話便裝設完畢。等他一到家，我們就通過交換台，讓人把重要信件讀給他聽，並請他在電話中回答問題。由於他需要與自己的律師談話，我們交換台的接線生就依照報上刊載過的那種電話技術把他與律師之間的線路接通。爾後，紐約來了一份重要電報，他又通過電話在3小時之內給了美國回答。本來這些工作要讓他在城裡跑上大半天，可現在僅用少量的時間，在書房裡就完成了。」
至此時，愛迪生和貝爾兩家敵對的公司在倫敦展開了激烈的競爭。當時任英國郵電部總工程師的傳記作家威廉普利斯說：「他們雙方的工人把電線拉滿了屋頂，並相互製造故障。當兩方遭遇時，就會在屋頂上發生小小的混戰。」這兩家公司誰也沒有絕對的技術優勢。貝爾公司的聽筒性能優良，授話器卻不行；愛迪生的授話器雖然領先，但他的聽筒有時卻發生毛病。
因此，當時雙方主要是在較量誰的維修工作更佳。愛迪生對派往英國的技術人員實行嚴格的考核。他安裝了一座交換台，配備了10台新電話機，在考核之前，他親自出馬，不是截斷某一電話的線路，就是把它的部件搞亂，再不就使電極變污。他說：「如果誰能連續解決 10個問題，每個問題平均不超過5分鍾，我就派誰去倫敦。」
愛迪生和貝爾兩家公司在宣傳方面也展開了爭鬥。愛迪生公司宣稱，貝爾系統的電話構造「只不過是一塊磁鐵和一隻線圈，聲音通過它們送進線路以後，音量在中途便消失了大半。而在愛迪生先生的電話設備中……人們聽到的聲音，其清晰程度與當面講話毫無區別」。貝爾公司則說，以上所談純屬撒謊。他們指出：「愛迪生的電化學電話很難說是一種實用的設備。在美國和歐洲大陸，許多地方已廢止了這種設備，而且有個國家的權威人士還發現它的工作效果難以令人滿意。」一位電話史專家指出，這一說法也「不完全符合事實」。
1879年秋，貝爾公司搶先一步，獲得了一項改良後的碳阻授話器的專利權。但這一專利並不那麼重要，因為它不能用於長途電話。儘管如此，若非英國郵電部施加壓力，貝爾公司也會由此迅速發展。
愛迪生和貝爾的爭吵終於因英國對電報電話的管理辦法而平息。1879年9月，英國規定私人電話公司必須向政府申請許可證才許在英國開展業務進行營業活動。面對政府的壓力，兩個都不想申請許可證的私人電話公司決定握手言歡，並於1880年6月8日將雙方在倫敦的分公司合併為聯合電話公司，同時申請了30年營業許可證。古爾德電告愛迪生說，你的股份是「3萬」。愛迪生馬上表示接受。當草擬的契約寄給愛迪生時，他才發現所謂3萬乃是3萬英鎊。他原以為是3萬美元，這大大超出了他的預料。聯合電話公司的成立，使愛迪生—貝爾持續3年的電話之爭宣告結束。
隨著電話的推廣，它的結構和性能也不斷地得到改善，電話機的改進又推動了電話線路的建設和電話交換裝置的發展。1884年，在波士頓與紐約之間架設了第一條實用線路，1886年紐約和費城之間也架起了電話線，到1880年止，美國大約有5萬人在自己家中或辦公室安裝了電話，到了1910年，有700萬台；1922年，則為此數目的3倍。到20世紀90年代，出現了既可聽到對方的聲音，又可看到對方的形象的功能視聽電話。
