Richard Trevithick korai úttörője volt a gőzhajtású közúti és vasúti szállításnak, ő fejlesztette ki az első működő vasút gőzmozdonyt.
Trevithick először megépítette első nagynyomású gőzgép-modelljét – először egy állót, majd egy közúti kocsihoz csatlakoztatottat. Kettős működésű hengert használtak, gőzelosztással négyutas szeleppel. A kipufogó gőzt függőleges csövön vagy kéményen keresztül egyenesen a légkörbe vezették, így elkerülték a kondenzátort és Watt szabadalmának esetleges megsértését. A lineáris mozgást egy hajtókar segítségével közvetlenül körkörös mozgássá alakították át a körülményesebb sugár használata helyett.
Trevithick 1801-ben egy teljes méretű gőzmozdonyt épített a mai Camborne-i Fore Street közelében. Trevithick Puffing Devil-nek nevezte el kocsiját, és abban az évben karácsony estéjén ezt úgy demonstrálta, hogy sikeresen szállított hat utast a Fore Streetre, majd továbbment a Camborne Hillre, Camborne Crossból a közeli Beacon faluba. Unokatestvére és munkatársa, Andrew Vivian kormányozta a gépet.
A további tesztek során Trevithick mozdonya három nappal később elromlott, miután elhaladt egy víznyelőn az úton. A járművet egy óvóhely alatt hagyták, miközben még mindig égett a tűz benne, eközben a kezelők elmentek. Közben a víz kiforrt, a motor túlmelegedett, a gép pedig leégett, tönkretéve azt. Trevithick ezt nem tartotta komoly visszalépésnek, inkább kezelői hibának.
1802-ben Trevithick szabadalmaztatta nagynyomású gőzgépét. Elképzeléseinek bizonyítására 1802-ben egy álló motort épített a Coalbrookdale Company shropshire-i gyárában. A motor percenként negyven dugattyúlökettel működött, 1000 kPa kazánnyomás mellett.
1802-ben a Coalbrookdale Company Shropshire-ben épített neki egy vasúti mozdonyt, de keveset tudunk róla, beleértve azt is, hogy valóban járt-e vagy sem. Máig az egyetlen ismert információ a londoni Science Museumban őrzött rajzból, valamint Trevithick barátjának, Davies Giddynek írt leveléből származik. A kialakítás egyetlen vízszintes hengert tartalmazott, amely egy visszatérő égéstermék-kazánba került. Egy lendkerék hajtotta a kerekeket az egyik oldalon a homlokfogaskerekeken keresztül, a tengelyeket pedig közvetlenül a kazánra szerelték fel, keret nélkül. A rajzon a dugattyúrúd, a vezetőrudak és a keresztfej veszélyes közvetlenül a tűztér ajtaja felett helyezkedik el, így a motor mozgás közben rendkívül tűzveszélyes. Ezenkívül Daniel Shute első rajza azt mutatja, hogy a mozdony egy 914 mm nyomtávolságú platón futott.
Ez az a rajz, amelyet a későbbi „Pen-y-darren” mozdony összes képének és másolatának alapjául használtak, mivel a mozdonyra vonatkozó tervek nem maradtak fenn.
A Puffing Devil nem volt képes hosszú ideig elegendő gőznyomást fenntartani, és nem sok gyakorlati haszna lett volna. 1803-ban épített egy másik gőzhajtású közúti járművet, a London Steam Carriage nevűt, amely nagy figyelmet keltett a közvéleményben és a sajtóban, amikor abban az évben Londonban vezetett vele Holbornból Paddingtonba és vissza. Kényelmetlen volt az utasok számára, és drágábbnak bizonyult, mint egy lovas kocsit, ezért nem használták.
Szintén 1803-ban felrobbant a Trevithick egyik Greenwichben használt álló szivattyúmotorja, és négy ember meghalt. Bár Trevithick úgy vélte, hogy a robbanást nem tervezési hiba, hanem gondatlan üzemeltetés okozta, James Watt és Matthew Boulton (az alacsony nyomású motor versenytársai és támogatói) könyörtelenül kihasználták az incidenst, akik rávilágítottak a nagynyomású motor használatának vélt kockázataira.
Trevithick válasza az volt, hogy két biztonsági szelepet épít be a jövőbeli tervekbe, amelyek közül csak az egyiket tudja a kezelő beállítani. Az állítható szelep egy tárcsát tartalmazott, amely egy kis lyukat fed le a kazán tetején a gőzkamrában a vízszint felett. A gőznyomás által kifejtett erőt egy forgókarra erősített súly által létrehozott ellentétes erő kiegyenlítette. A súly helyzete a karon állítható volt, így a kezelő beállíthatja a maximális gőznyomást. Trevithick egy olvadó ólomdugót is hozzáadott a kazánhoz, közvetlenül a minimális biztonságos vízszint alatt. Normál működés mellett a víz hőmérséklete nem haladhatja meg a forrásban lévő víz hőmérsékletét, és az ólom olvadáspontja alatt marad. Ha a víz elfogyott, az felfedte a vezetékdugót, és a víz hűtő hatása elveszett. A hőmérséklet ekkor kellően megemelkedik ahhoz, hogy az ólom megolvadjon, gőz szabaduljon fel a tűzbe, csökkenjen a kazán nyomása, és megfelelő időben hangjelzést adjon ahhoz, hogy a kezelő el tudja csillapítani a tüzet, és hagyja lehűlni a kazánt, mielőtt a kár bekövetkezne. Bevezette továbbá a kazánok hidraulikus tesztelését, a nyomás jelzésére higany manométer használatát.
1802-ben Trevithick megépítette egyik nagynyomású gőzgépét kalapács meghajtására a Pen-y-Darren Vasműben, Merthyr Tydfilben, Glamorgan közepén. Rees Jones, a vasmű alkalmazottja segítségével és Samuel Homfray tulajdonos felügyelete mellett kerekekre szerelte a motort, és mozdonnyá alakította. 1803-ban Trevithick eladta mozdonyainak szabadalmait Samuel Homfraynek.
Homfrayt annyira lenyűgözte Trevithick mozdonya, hogy egy másik vasmesterrel, Richard Crawshay-vel 500 guinea-ért fogadást kötött, hogy Trevithick gőzmozdonya tíz tonna vasat tud cipelni a Merthyr Tydfil Tramroad mentén Penydarrenből Abercynonig, az út 15,69 km volt. A nagy közönség érdeklődése közepette 1804. február 21-én 10 tonna vasat, 5 vagont és 70 embert sikeresen szállított a teljes távon 4 óra 5 perc alatt, körülbelül 3,9 km/h átlagsebességgel. Csakúgy, mint Homfray, Crawshay és az utasok, a tanúk között volt Giddy úr is, aki Trevithick tekintélyes mecénása és „a kormány mérnöke”. A kormány mérnöke valószínűleg biztonsági felügyelő volt, és különösen érdekelte, hogy a kazán képes-e ellenállni a magas gőznyomásnak.
A Pen-y-Darren motor konfigurációja különbözött a Coalbrookdale motortól. A henger átkerült a kazán másik végébe úgy, hogy a tűzgátló ajtó a mozgó részek útjába került. Ez nyilván azzal is járt, hogy a főtengelyt a kémény végére helyezték. A mozdony egy négykerekű vázra szerelt, egyetlen visszatérő égéstermék-elvezető kazánból állt. Az egyik végére egy nagyon hosszú löketű hengert szereltek fel részben a kazánba, és egy dugattyúrúd-keresztfej futott ki egy csúszórúd mentén, ami egy óriási harsonaszerű elrendezés. Mivel csak egy henger volt, ez az egyik oldalra szerelt nagy lendkerékhez volt csatlakoztatva. A lendkerék forgási tehetetlensége kiegyenlíti azt a mozgást, amely egy központi fogaskerékre közvetített, amely viszont a hajtókerekekhez kapcsolódott. Kondenzátor nélküli nagynyomású hengert használt; a kipufogó gőzt a kéménybe juttatták fel, ami tovább növelve a hatékonyságot.
A fogadást megnyerték. Sokak kétségei ellenére bebizonyosodott, hogy kellően enyhe lejtéssel sikeresen lehet nehéz kocsikat húzni egy sima vasúton, pusztán egy megfelelően nehéz és erős gőzmozdony segítségével. Valószínűleg Trevithick mozdonya volt az első, ami ezt megtette, azonban a villamospálya rövid öntöttvas lemezeinek egy része eltört a mozdony alatt, mivel csak a lovas kocsik könnyebb tengelyterhelését hivatott megtartani, és így a villamosút visszatért a lóhoz a próbaüzem után.
Homfray örült, hogy megnyerte a fogadását. A motort tömbökre helyezték, és visszaállították az eredeti, álló helyzetbe, a kalapácsok behajtására.
A mai Merthyr Tydfilben, a Trevithick mozdonyának emlékműve mögött egy kőfal fekszik, a Homfray-féle Penydarren-ház egykori határfalának egyetlen maradványa.
1981-ben üzembe helyezték a Pen-y-darren mozdony teljes körű működő rekonstrukcióját, amelyet a walesi ipari és tengerészeti múzeumba szállítottak Cardiffban. Amikor ez bezárt, a swansea-i National Waterfront Múzeumba került. Évente többször egy 40 m hosszúságú sínen fut a múzeumon kívül.
Christopher Blackett, a Newcastle melletti Wylam kőtelep tulajdonosa értesült a walesi sikerről, és írt Trevithicknek, hogy mozdonyterveket kérjen. Ezeket elküldték John Whitfieldnek Gatesheadbe, Trevithick ügynökének, aki 1804-ben megépítette valószínűleg az első karimás kerekekkel rendelkező mozdonyt. Blackett fasíneket használt a villamoshoz, és Trevithick gépe ismét túl nehéznek bizonyult a nyomvonalához.
1808-ban Trevithick nyilvánosságra hozta gőzvasúti mozdonyokkal kapcsolatos szakértelmét egy új Catch Me Who Can nevű mozdonyt épített, amelyet John Hazledine és John Urpeth Rastrick épített neki a shropshire-i Bridgnorthban, és Davies Giddy lánya nevezte el. A konfiguráció abban különbözött a korábbi mozdonyoktól, hogy a henger függőlegesen volt felszerelve, és közvetlenül hajtott egy pár kereket lendkerék és hajtómű nélkül. Valószínűleg ez volt Trevithick negyedik mozdonya, a Coalbrookdale-ben, a Pen-y-darren vasműben és a Wylami mozdonyban használt mozdonyok után. A mai londoni Euston Square metróállomástól délre egy körkörös vágányon futott.
A „gőzcirkuszba” egy shilling volt a belépő, beleértve a lovaglást, és az volt a célja, hogy megmutassa, hogy a vasúti utazás gyorsabb, mint a lóval. Ezt a vállalkozást is gyenge érdeklődés övezte.
Trevithick csalódott volt az érdeklődés hiánya miatt, és nem tervezett több vasúti mozdonyt. A Matthew Murray által Holbeckben épített ikerhengeres gőzmozdonyok csak 1812-ben kezdték meg sikeresen lecserélni a lovakat a szénszállító kocsik vontatására.
