雖然，比爾哈雷所設計的那個被昵稱為“沉默的家伙”的單缸發動機非常成功，但勇于創新的他早已不再滿足單缸發動機的動力現狀，決定并著手開發研制雙缸發動機。這一發明后來居然成為哈雷-戴維森獨特的品牌商標——V型雙缸發動機。1909年，比爾哈雷如愿以償，終于設計出了一臺全新的發動機，排氣量為820mL，輸出功率約5.15kW，它已經能夠達到時速近97km/h。
當年，在27臺新型發動機制造并裝配出廠試用后，哈雷廠計劃在幾年內對發動機和車架等諸多方面進行全面改進。同年，哈雷工廠制造車間再次擴建至440㎡，雇傭工人35名，年產量達1000臺。其實這沒什么值得驚訝的，要知道1907年至1913年間，生產車間幾乎每年都必須擴建以滿足產量要求，到1913年末，哈雷車廠面積共計27600㎡。
1911年，雙缸發動機配裝在創新設計的車架上，并開始允許顧客選裝分電器和點火器。1912年，比爾哈雷又研制出新的離合裝置及后傳動皮帶操控裝置。同時，哈雷-戴維森公司積極投入到賽車運動當中，以不斷考驗摩托車的極限和耐力，從實際應用中尋找質量問題的反饋，并努力擴大哈雷摩托車的知名度。在此之間，哈雷-戴維森一直在和美國本土的另兩個摩托車大廠印第安（Indian）和超越（EXCELSIOR）進行挑戰。
1913年，一個全新車型的設計誕生了，型號為5-35，這個代號來自它能夠輸出5匹馬力，排氣量為35立方英寸，也就是說輸出功率3.675kW，排氣量580mL。它可以由顧客自由選擇鏈條或是皮帶傳動，從而奠定了哈雷車可以根據顧客愛好自由定做的傳統理念。
哈雷公司的產品在1914年得到更大的發展，全心隨意控制的后制動裝置、化油器阻風門、兩速變速器研制成功，到第二年，更發展推出了三速變速器和發動機離合器。
一時間，哈雷車在賽場上名聲大噪，只是這些成功的車手都是來自民間的獨立車手，比爾哈雷決定建立自己的由車廠親自參與的車隊參加各種賽事，并于1914年成立了哈雷公司競賽部。之后，哈雷車對取得了更加巨大的成功，僅第二年就取得了各個賽事的26個冠軍。
這些成績使人們對哈雷車的存在非常重視，并未它以后的發展奠定了堅實的大眾基礎。而哈雷人更加清楚地意識到哈雷車面臨著工業飛速發展時代和巨大的市場前景。
