在1861年凭他的设计，他在图林根州工业展览会上获颁一枚金牌。这些显微镜被认为是德国最佳的科学仪器。同年物理学家恩斯特·阿贝博士以研究导师的身份加入蔡司工作室，两人一同研究光学产品的科学基础原理，1872年他们联合制作出了复合式显微镜，这台复合式显微镜是现代所有复合式显微镜的始祖。

1879年他们与奥托·肖特进行合作，很快在1886年生产了新型玻璃，能充分地表现阿贝正弦学说。这种新型玻璃为新显微镜的物镜开辟出一条新的道路：消色差物镜(Apochromates)。

1884年建立了一个全面的工厂，其所有权属于卡尔·蔡司、恩斯特·阿贝和奥托·肖特，称为Jena Schott & Genossen光学工厂。耶拿玻璃也因此成为世界上最有名的玻璃。

卡尔·蔡司在遗嘱中将的股权转移给儿子Roderick。年轻的蔡司又将股权出售给恩斯特·阿贝，1889年，恩斯特·阿贝成立了卡尔蔡司基金会。该基金会又成立了一个新的集团，作为卡尔·蔡司公司的所有者。

卡尔·蔡司在镜头制造史上的光辉历程始于1890年由这个公司的工程师所发明的消像散正光摄影镜头（Anastigmat）。同年，普路塔（Protar）镜头问世；1896年，普兰纳（Planar）镜头发表，奠定了卡尔蔡司在色差纠正技术上的权威地位。1902年，蔡司厂又设计出1:6.3的天塞（Tessar）镜头，这款镜头明快锐利，成像质量相当不俗。