在1861年憑他的設計,他在圖林根州工業展覽會上獲頒一枚金牌。這些顯微鏡被認為是德國最佳的科學儀器。同年物理學家恩斯特·阿貝博士以研究導師的身份加入蔡司工作室,兩人一同研究光學產品的科學基礎原理,1872年他們聯合製作出了複合式顯微鏡,這台複合式顯微鏡是現代所有複合式顯微鏡的始祖。
1879年他們與奧托·肖特進行合作,很快在1886年生產了新型玻璃,能充分地表現阿貝正弦學說。這種新型玻璃為新顯微鏡的物鏡開辟出一條新的道路:消色差物鏡(Apochromates)。
1884年建立了一個全麵的工廠,其所有權屬於卡爾·蔡司、恩斯特·阿貝和奧托·肖特,稱為Jena Schott & Genossen光學工廠。耶拿玻璃也因此成為世界上最有名的玻璃。
卡爾·蔡司在遺囑中將的股權轉移給兒子Roderick。年輕的蔡司又將股權出售給恩斯特·阿貝,1889年,恩斯特·阿貝成立了卡爾蔡司基金會。該基金會又成立了一個新的集團,作為卡爾·蔡司公司的所有者。
卡爾·蔡司在鏡頭製造史上的光輝曆程始於1890年由這個公司的工程師所發明的消像散正光攝影鏡頭(Anastigmat)。同年,普路塔(Protar)鏡頭問世;1896年,普蘭納(Planar)鏡頭發表,奠定了卡爾蔡司在色差糾正技術上的權威地位。1902年,蔡司廠又設計出1:6.3的天塞(Tessar)鏡頭,這款鏡頭明快銳利,成像質量相當不俗。