20世紀70年代，IBM以其360系列產品統治了大型計算機市場，但DEC和王安電腦在小型計算機（和冰箱差不多大）市場上佔據了上風。在個人電腦市場上，IBM似乎也有落後於人的勢頭。一位專家宣稱：「讓IBM推出個人電腦就像教大象跳踢踏舞一樣難。」89
IBM的高管似乎也贊成這種觀點。於是他們考慮只購買雅達利800型家用電腦的許可權，然後在上面貼上IBM的商標。但在1980年7月，當他們開會討論這項方案時，IBM首席執行官弗蘭克·凱裡（Frank Carey）卻提出了異議。他說，作為世界上最偉大的計算機公司，IBM當然有能力開發出自己的個人電腦。但他抱怨說，IBM無論開發什麼新東西都恨不得要找300個人幹上三年時間。
這時候，IBM駐佛羅里達州博卡拉頓的研發實驗室主管比爾·洛（Bill Lowe）突然說：「不，先生，您錯了。我們在一年之內就能把項目完成。」90 他這份狂妄讓IBM把代號為「橡子」（Acorn）的個人電腦開發項目交給了他。
洛的新團隊由唐·埃斯特裡奇（Don Estridge）領導，他挑選了一位溫和的南方人、在IBM工作了20年之久的老員工傑克·薩姆斯（Jack Sams）負責軟件開發。由於項目期限只有一年，薩姆斯知道必須向外部供應商購買許可，而不是自己開發。於是在1980年7月21日，他給比爾·蓋茨打了個電話，要求立即與他碰頭。當蓋茨邀請他下一周飛往西雅圖時，薩姆斯回答說，他已經在往機場趕了，希望第二天能見到蓋茨。蓋茨覺察到一條大魚即將上鉤，他不由一陣激動。
蓋茨幾周前剛把在哈佛和他同住一幢宿舍樓的史蒂夫·鮑爾默聘到微軟擔任業務經理，他讓鮑爾默和他一起參加與IBM的會談。蓋茨指出：「你是這裡除我之外唯一能穿西裝的人。」91 薩姆斯到達微軟時，蓋茨也穿著西裝，但衣服穿在他身上顯得不太合身。當時身著IBM藍色制服套裝和白色襯衫的薩姆斯回憶說：「這個年輕人出來把我們帶進去，我還以為他是勤雜工。」但IBM一行人很快就被蓋茨的才華折服了。
IBM的人一開始想談購買微軟BASIC許可的問題，但蓋茨把話題轉向一場關於技術發展方向的深入討論中。幾個小時之後，IBM已經有意購買微軟已開發和能夠開發的所有編程語言的許可了，其中不僅有BASIC，還有Fortran和COBOL。蓋茨回憶說：「我們告訴IBM，『好，我們做的任何東西都歸你們』，雖然有些東西暫時還沒做。」92
IBM一班人馬幾周後又來了。他們上次忽視了一個重要問題。除這些編程語言之外，軟件還有一個關鍵組成部分，IBM需要一個操作系統，也就是作為其他所有程序基礎的軟件程序。操作系統要處理其他軟件使用的基本指令，其任務包括決定數據應該儲存到哪裡，如何分配內存和處理資源，還要決定應用軟件如何與計算機硬件互動。
當時微軟還沒做過操作系統，而是借助一個名為CP/M（全稱「微型計算機控制程序」，Control Program for Microcomputers）的操作系統。該程序由加裡·希達爾（Gary Kildall）所有，他是蓋茨小時候的一個朋友，剛剛搬到加州蒙特雷。於是，蓋茨當著坐在他辦公室裡的薩姆斯的面給希達爾打了個電話。他描述了一下IBM高管想要的東西，對希達爾說：「我讓一些人到你那裡去，好好招待他們，他們是重要人物。」93
但希達爾沒有照辦。蓋茨後來的說法是，「那天加裡決定去開飛機」。希達爾那天沒有見IBM的訪客，而是選擇自己駕駛私人飛機（他喜歡這樣），按原定計劃去了舊金山。他把這項任務交給了自己的妻子。於是，希達爾的妻子便在公司總部（設在一幢古怪的維多利亞風格別墅內）接待了身著深色西裝的IBM一行四人。IBM的人拿出一份長長的保密協議讓她簽字，但她拒絕了。經過一番討價還價，IBM的人厭惡地走了出來。薩姆斯回憶說：「我們給她看我們的函件，上面寫著請不要告訴任何人我們在這兒，我們也不想聽任何涉密信息。她讀完之後說，她不能在上面簽字。我們在帕西菲克格魯夫（Pacific Grove）耗了一整天，跟他們、我們的律師、她的律師還有所有其他人討論她能不能和我們談是否要談判，然後我們就走了。」希達爾的小公司就這樣錯失了成為計算機軟件業統治者的機遇。94
於是薩姆斯飛回西雅圖去見蓋茨，讓他另想辦法弄一個操作系統。幸運的是，保羅·艾倫在西雅圖認識一個能幫得上忙的人，這個人就是蒂姆·佩特森（Tim Paterson），當時他在一家名叫「西雅圖計算機產品」的小公司工作。幾個月之前，由於希達爾的CP/M不適用於英特爾最新款微處理器，佩特森便將其改造成一個他稱之為QDOS（Quick and Dirty Operating System，簡易操作系統）的操作系統。95
這時蓋茨已經意識到，有一種操作系統（最有可能是IBM選擇的操作系統）最終將成為多數個人電腦使用的標準操作系統。他還意識到，誰擁有這種操作系統，誰就能佔據有利地位。於是，蓋茨及其團隊沒有讓IBM的人去見佩特森，而是承諾他們會把事情辦妥。鮑爾默後來回憶說：「我們只是告訴IBM：『你們放心，我們會到這家本地小公司去，把這個操作系統弄過來，這件事交給我們好了，我們會把它辦妥的。』」
佩特森的公司當時處境艱難，於是艾倫便與他的朋友談成了一項精明的交易。微軟一開始只購買了非排他性許可，後來，當艾倫看到與IBM的交易有望時又折回去再次談判，這一次他徹底買斷了佩特森的軟件，但沒告訴他為什麼。艾倫回憶說：「我們最後達成了一項以五萬美元從他手中購買操作系統的協議，我們可以將軟件用於任何用途。」96 於是，微軟只花了一點錢就買到了一款出色的軟件，在對該軟件進行一番潤色之後，微軟成功地在軟件行業統治了逾30年之久。
不過，蓋茨這回比較謹慎。雖然微軟做其他項目的時候通常會誇下海口，但這一次，蓋茨一反常態地擔心微軟沒有能力把QDOS打造成符合IBM要求的操作系統。微軟還只是一個由40人組成的散兵游勇的團隊，他們中一些人會睡在地板上，早晨用海綿擦澡，而領導微軟的是一個仍會被人誤當成勤雜工的24歲大男孩。1980年9月底的一個星期天，距IBM第一次打電話已過去兩個月時間，蓋茨把他最精銳的人馬召集起來，決定做還是不做。其中態度最堅決的一個人叫西和彥（Kay Nishi），他是來自日本的一位年輕計算機創業者，有著能與蓋茨相當的專注。他一邊在屋子裡快步走動，一邊不住尖叫：「必須做！必須做！」蓋茨決定聽從他的意見。97
蓋茨和鮑爾默乘坐夜航飛機到博卡拉頓去談生意。1980年，他們的年收入是750萬美元，與IBM的300億美元相比顯得微不足道，但蓋茨卻要「脅迫」IBM達成一項協議，他要借助IBM將微軟的操作系統變為一種全球通用標準，而微軟則保留對該操作系統的所有權。在與佩特森的公司進行的交易中，微軟不是僅僅購買了使用許可，而是徹底買斷了DOS，「可將其用於任何用途」。這一招非常聰明，但更棋高一招的是，微軟沒有讓IBM迫使其接受同樣的安排。
在邁阿密機場降落後，兩人到衛生間換上了西裝，結果蓋茨發現自己忘戴領帶了。這時蓋茨顯出一種少有的挑剔，他堅持在開車去博卡拉頓的中途停一下，到百貨商場Burdine』s買條領帶。不過，面對前來迎接他的那些西裝筆挺的IBM高管，這身裝束並沒有完全發揮出預想的效果。有一位軟件工程師回憶說，蓋茨看起來就像是「一個在大街上尾隨路人，然後偷走這個人西裝的孩子，這身西裝他穿太大了。他的衣領支稜著，看起來就像個小阿飛，當時我說：『這傢伙到底是誰？』」98
但蓋茨一開口，他們就不再關注他那邋遢的外表了。蓋茨對技術和法律細節的精準把握震撼了IBM團隊，他對合同條款的堅持則展現出冷靜和自信。不過這在很大程度上只是表演給IBM看的。蓋茨一回西雅圖便走進辦公室，躺在地板上，向鮑爾默大聲傾訴他的種種疑慮。
經過一個月的談判，一份長達32頁的協議在1980年11月初達成了。蓋茨說：「這份合同史蒂夫和我都熟記在心。」99 他說：「我們拿到的報酬並不太多。總共只有186 000美元左右。」至少在一開始，報酬的確不多。但蓋茨知道，合同中有兩項條款將改變計算機行業的權利格局。第一，IBM對該操作系統（後來被稱為PC-DOS）的使用許可是非排他性的。蓋茨有權以MS-DOS為名將同一款操作系統授權給其他個人電腦生產商。第二，微軟將保留對源代碼的控制權。這就意味著，IBM不能將軟件更改或升級為該公司電腦的專有軟件。只有微軟有權進行更改，隨後，微軟可隨意將每款新版軟件授權給任何公司。蓋茨說：「我們知道會有其他公司模仿IBM個人電腦。我們在最初的合同中就規定這是可以的。這是我們談判的關鍵點。」100
這項交易與蓋茨同MITS達成的交易類似，當時他也保留了將BASIC授權給其他計算機生產商的權利。這種思路讓微軟BASIC以及後來開發的更加重要的操作系統成為微軟控制的行業標準。回首往事時，蓋茨笑道：「事實上，我們曾經的廣告宣傳口號就是『我們制定標準』。但當我們真的制定出標準之後，反壟斷律師又讓我們不要再用這個口號。這是一個你只能在事情還沒有成真的時候使用的口號。」[4] 101
蓋茨向他媽媽吹噓他與IBM的交易有多麼重要，希望以此證明他從哈佛退學的正確性。當時瑪麗·蓋茨恰好與即將接替弗蘭克·凱裡擔任首席執行官的IBM總裁約翰·奧佩爾（John Opel）同在非營利機構United Way擔任理事。有一天，她在乘坐奧佩爾的飛機與他一起開會的途中提到了這層關係。她說：「哦，我的小兒子在做一個項目，他正在和你們公司合作。」但奧佩爾似乎並不知道微軟。於是瑪麗回來後對蓋茨提出警告稱：「看，我把你的情況都跟奧佩爾說了，我提到了你的項目，還有你是怎麼退學的，但他並不知道你是誰，所以說，你的項目也許並不像你想像的那麼重要。」幾周後，博卡拉頓的管理人員來到IBM總部向奧佩爾匯報項目進展。項目組負責人解釋說：「我們要依靠英特爾的芯片，產品分銷由Sears公司和ComputerLand公司來做。但我們最需要依靠的是西雅圖一家很小的軟件公司，這家公司的經營者叫比爾·蓋茨。」奧佩爾的反應是：「哦，你們是說瑪麗·蓋茨的兒子？哦，對，她很棒。」102
不出蓋茨所料，為IBM開發一整套軟件是一個非常艱巨的項目，但微軟的一幫人馬沒日沒夜地工作了9個月，終於完成了這項任務。這是蓋茨和艾倫最後一次攜手合作，他們並肩坐在辦公室裡徹夜奮戰，以他們在湖濱中學和哈佛所展現出的專注精神編寫代碼。蓋茨說：「我和保羅拌過一次嘴，他想去看宇宙飛船發射，而我不想去，因為我們的進度已經慢了。」艾倫後來還是去了。他說：「這是第一次發射。發射完之後我們就立即乘飛機趕了回來。之後我們連續工作了36個小時。」
在編寫操作系統程序的過程中，兩人幫助IBM確定了個人電腦的外觀和觸感。蓋茨說：「保羅和我敲定了個人電腦上每一個小細節，我們確定了鍵盤佈局，還有磁帶端口、音頻端口和圖形端口的工作方式。」103 可惜最終的成果只反映出蓋茨書獃子氣十足的設計品位。這個人機交互系統依賴「c:>」等提示符，文件名也是諸如AUTOEXEC.BAT和CONFIG.SYS之類的冗長字符，除了能讓用戶瞭解到反斜槓鍵在哪兒之外，他們的設計簡直是一無是處。
多年以後，在哈佛舉辦的一次活動中，私募股權投資人戴維·魯本斯坦（David Rubenstein）問蓋茨為什麼啟動計算機時要如此麻煩地同時按下「Control」、「Alt」和「Delete」這三個按鍵：「為什麼在我想啟動軟件和電腦的時候非得用上三個手指呢？這是誰的主意？」蓋茨開始解釋，這是因為IBM的鍵盤設計師沒能提供一種提示硬件啟動操作系統的簡單方式，然後他頓了頓，不好意思地笑了。他承認：「這是一個錯誤。」104 一心編程的人有時候會忘記簡潔是美的靈魂。
1981年8月，IBM個人電腦在紐約華爾道夫酒店發佈，標價1 565美元。蓋茨和他的團隊並沒有受邀參加此次活動。蓋茨說：「最詭異的事情是，我們要求參加盛大的官方發佈會，但IBM卻拒絕了。」105 以IBM的思維，微軟只是一家供應商而已。
但笑到最後的是蓋茨。憑借這項交易，微軟將IBM個人電腦及其仿製產品變成了可相互替代的商品，它們唯有靠打價格戰來競爭，注定只有微小的利潤空間。幾個月之後，《個人電腦》雜誌創刊號上刊登了一篇對蓋茨的採訪，他在採訪中指出，不久之後，所有個人電腦都將使用同樣的標準化微處理器。他說：「硬件的吸引力將大大下降，軟件將承擔起全部職責。」106