虽然，比尔哈雷所设计的那个被昵称为“沉默的家伙”的单缸发动机非常成功，但勇于创新的他早已不再满足单缸发动机的动力现状，决定并着手开发研制双缸发动机。这一发明后来居然成为哈雷-戴维森独特的品牌商标——V型双缸发动机。1909年，比尔哈雷如愿以偿，终于设计出了一台全新的发动机，排气量为820mL，输出功率约5.15kW，它已经能够达到时速近97km/h。
当年，在27台新型发动机制造并装配出厂试用后，哈雷厂计划在几年内对发动机和车架等诸多方面进行全面改进。同年，哈雷工厂制造车间再次扩建至440㎡，雇佣工人35名，年产量达1000台。其实这没什么值得惊讶的，要知道1907年至1913年间，生产车间几乎每年都必须扩建以满足产量要求，到1913年末，哈雷车厂面积共计27600㎡。
1911年，双缸发动机配装在创新设计的车架上，并开始允许顾客选装分电器和点火器。1912年，比尔哈雷又研制出新的离合装置及后传动皮带操控装置。同时，哈雷-戴维森公司积极投入到赛车运动当中，以不断考验摩托车的极限和耐力，从实际应用中寻找质量问题的反馈，并努力扩大哈雷摩托车的知名度。在此之间，哈雷-戴维森一直在和美国本土的另两个摩托车大厂印第安（Indian）和超越（EXCELSIOR）进行挑战。
1913年，一个全新车型的设计诞生了，型号为5-35，这个代号来自它能够输出5匹马力，排气量为35立方英寸，也就是说输出功率3.675kW，排气量580mL。它可以由顾客自由选择链条或是皮带传动，从而奠定了哈雷车可以根据顾客爱好自由定做的传统理念。
哈雷公司的产品在1914年得到更大的发展，全心随意控制的后制动装置、化油器阻风门、两速变速器研制成功，到第二年，更发展推出了三速变速器和发动机离合器。
一时间，哈雷车在赛场上名声大噪，只是这些成功的车手都是来自民间的独立车手，比尔哈雷决定建立自己的由车厂亲自参与的车队参加各种赛事，并于1914年成立了哈雷公司竞赛部。之后，哈雷车对取得了更加巨大的成功，仅第二年就取得了各个赛事的26个冠军。
这些成绩使人们对哈雷车的存在非常重视，并未它以后的发展奠定了坚实的大众基础。而哈雷人更加清楚地意识到哈雷车面临着工业飞速发展时代和巨大的市场前景。
