В 1856 году на заводе приступили к производству локомотивов, и Месмер назначил 22-летнего Даймлера бригадиром. В Германии первый локомотив был построен в 1838 году на машиностроительном заводе в Юбигау, недалеко от Дрездена. Машиностроительному предприятию А. Борзпга в Берлине, основанному в 1837 году, удалось уже в 1841 году превратиться в крупнейший паровозостроительный завод континента. Появилась серьезная конкуренция, и Готлиб Даймлер почувствовал, что для того, чтобы приступить к строительству локомотивов, ему нужна еще и теоретическая основа. Он ощущал значительные пробелы в своих технических знаниях и стоял перед неизбежностью приобретения необходимой научно-технической базы для осуществления своих творческих замыслов.
Месмер не мог противиться желанию Даймлергз учиться в Штуттгарте, но согласился на это лишь при одном условии: Даймлер после окончания политехникума снова вернется на его завод в Графенштаден.
С зимнего семестра 1857 года в реестрах «Политехнической школы» в Штуттгарте появляется такая запись: «Готлиб Даймлер, механик» и еще «исключительный ученик», № 21. Так как он избрал для себя не полный четырех летний курс обучения, а, учитывая предшествующую работу в мастерских, ограничился лишь последними двумя курсами, он и был принят как «исключительный ученик». Этого 23-летнего очень серьезного студента от платы за обучение освободили. Об этом побеспокоился и Фердинанд Штайнбайс, который знал о финансовых затруднениях толкового юноши. В знак признания заслуг директора школы в области профессионального обучения два года назад его назначили президентом центрального управления по торговле и ремеслу Вюртемберга. Освобождение от платы за обучение было для Даймлера большим облегчением. Отец Иоганнес, воспитывающий, кроме Готлиба, еще четырех детей, мог дать ему совсем немного, иногда карманными деньгами помогал и брат Вильгельм. Жилье и пропитание, которое предоставил ему друг отца мясник Гайгер, Даймлер оплачивал сам из средств, сэкономленных в Графенштадене. Немного оставалось и на некоторые приятные развлечения в кругу друзей-единомышленников, к которым относились Фридрих Войт, Густав Зигле, Эмиль Кесслер-младший и Генрих Штрауб. Все они впоследствии сыграли значительную роль в развитии экономики и техники Вюртемберга.
Занятия в школе потребовали значительной перестройки от молодого человека, до сих пор занимавшегося лишь практической деятельностью. Ему не всегда удавалось постичь глубинные процессы математики и механики, построенные преимущественно на абстрактных понятиях. Но их изучение должно было помочь Готлибу овладеть основными тонкостями будущей профессии.
Таким образом, Даймлер прошел школу знаний, охватывающих основы технической физики, химии, общие и специальные предметы машиностроения, технологии, а также курсы английского языка. Но многие науки оставались еще неизведанными, например, электротехника, основы которой были заложены лишь в 1867 году благодаря изобретению динамо-машины Вернером Сименсом. Это послужило одной из причин того, что Даймлер долгое время недоверчиво относился к электротехнике. Кода в конце летнего семестра 1859 года Готлиб Даймлер покинул техническую школу, в его багаже были основательные, глубокие знания, но область неизученного, простиравшаяся перед ним, была еще больше.
Закончив учебу в возрасте двадцати пяти лет, Даймлер вновь испытал волшебную притягательную силу своей родины, сердечность семейного круга, но он был уже другим человеком, более опытным и знающим. Несколько осенних дней 1859 года пролетели быстрее обычного, так как все его мысли были устремлены в будущее. Манила профессия, полностью овладевшая сознанием Даймлера. Нужно было сдержать обещание, данное в 1857 году в Графенштадене. В октябре он возвращается на завод Ф. Месмера. Но молодой человек не мог просто начать с того, где остановился два года назад. Внутренне он не был настроен снова приниматься за паровозостроение, хотя обстоятельно изучил основы работы паровых машин. И это новое отношение к делу не ускользнуло от Фридриха Месмера, который с симпатией относился к Даймлеру и после его возвращения. Таким образом, чувства Даймлера боролись между благодарностью по отношению к Месмеру и Штайлбайсу и твердым осознанием своего настоящего призвания. Спустя некоторое время состоялся серьезный разговор с Месмером. Даймлер четко разъяснил ему, что теперь не хочет заниматься паровой машиной, его интересует проблема, обозначенная в 1826 году англичанином Чевертоном, а именно, «овладеть двигателем, всегда готовым работать, не требующим времени на подготовку и слишком больших затрат». Различные эксперименты, о результатах которых информация время от времени доходит до Даймлера, указывают на то, что изобретение принципиально нового двигателя возможно уже в самом ближайшем будущем. Решение этого вопроса может быть по силам небольшим предприятиям, которым создание паровой машины дается с трудом. Такой двигатель, без сомнения, стают полезным в производстве. Даймлер просит Месмера дать ему возможность на средства завода начать испытания и создать необходимые конструкции.
Идеи Даймлера, по сути своей правильные, были в то же время слишком неопределенными, воплощение их в жизнь требовало больших жертв. К тому же паровая машина предоставляла еще большие возможности конструктивных усовершенствований. Предложения Даймлера Месмер отклонил. Даймлер уступил и остался. Но только на некоторое время. Летом 1861 года он попросил об увольнении. Месмер согласился.
В 1860 году в Париже был опубликован проспект строящегося предприятия, которое должно было заниматься индустриальным изготовлением моторов, названных «жизненным импульсом нашей промышленности». При том стремительном развитии, которое царило тогда во Франции в торговле, в ремесленном производстве, на транспорте и даже в политике, от внедрения этого двигателя ожидали многого. 24 января 1860 года механик, бельгиец по происхождению, Жан Этьенн Ленуар получил французский патент и в этом же году изготовил свой мотор.
Приверженцы паровой машины на слишком бурную пропаганду нового двигателя отреагировали не без сарказма, что хотя мотору Ленуара и не нужно топлива, но зато он требует смазки и большого количества воды для охлаждения горячего цилиндра. Вышедший позже рекламный лист содержал историческое противопоставление, которое без всякого умысла принизило оригинальность изобретения. В нем говорится: «В машине Ленуара использован поршень Стрита, он имеет поступательное действие и возврат, как в машине Лебона, зажигание у нее, как в машине Риваза, цилиндр охлаждается водой, как и у Самуэла Брауна, она может работать на жидком углеводороде, как предполагает Эрскин Хазард…, но несмотря на все это, машина Ленуара всасывает газ и воздух благодаря движению поршня, без предварительного смешивания, и поэтому она имеет право на патент».
Впервые в технике моторостроения мотор Ленуара был изготовлен на промышленной основе, а именно в Париже, фирмой «Готье и Си», которая открыла даже свое представительство в Гамбурге «для исключительной монополии в Германии». Он был выпущен мощностью в 1/2, 1, 2, 3 — до 8 лошадиных сил (л.с.) Литраж мотора в 1 л.с. равен 6 литрам, в 2 л.с. — 18 литрам. В 1863 году мотор Ленуара был использован в одном из дорожно-транспортных средств и прошел несколько испытаний. Ожидания, связанные с конструкцией мотора Ленуара, не оправдались, но его создание послужило хорошим стимулом для развития современной техники моторостроения, хотя о нем и стали постепенно забывать.