Вскоре Бенц стал единоличным владельцем мастерской и приступил к разработке новых двигателей внутреннего сгорания.
31 декабря 1878 г. он получил патент на двухтактный бензиновый двигатель, точнее на систему подачи топлива, которая применялась в этом двигателе. Затем Карл запатентовал и другие важные узлы и системы будущего автомобиля: акселератор, систему зажигания, свечу зажигания, карбюратор, сцепление, коробку передач и водяной радиатор охлаждения. В 1883 г. Бенц организовал компанию Benz & Cie., где наладил производство бензиновых двигателей. А в 1885 г. в своей домашней мастерской сконструировал автомобиль. Он имел три колеса и оснащался четырехтактным бензиновым одноцилиндровым двигателем мощностью 0,85 л. с., который располагался между задними колесами.
Вращение колес осуществлялось с помощью цепной передачи и передавалось на заднюю ось. Автомобиль представлял собой открытый экипаж весом 250 кг на колесах со спицами велосипедного типа, причем переднее колесо было намного меньше двух задних ведущих. Экипаж был торжественно назван Motorwagen. Работу над ним Карл закончил в 1885-м, но запатентовали его только лишь в 29 января 1886 года – после того, как он прошел многочисленные испытания и некоторые доработки.