1930年，波音空运公司的空姐们，背景就是波音Model 80A
波音Model 80A三发客机，注意机头侧面的波音航空运输公司标识
发展壮大
30年代初，波音公司在飞机组装工业方面获得了一个关键的进展，波音工程师开发出一种新型铆钉，使制造金属机身和机翼变得更容易。
但这种圆头铆钉会在飞行中产生乱流，增加了阻力。为了解决这个问题，波音公司在1931年又推出BAC 1345蒙皮铆钉。这种铆钉仍然是圆头的，但铆钉头更平，直径更大，大大降低了空气阻力。
1930年，波音公司推出了自己的第一种单翼机。这种外形圆滑的全金属波音Model 200单翼邮件机拥有流线型发动机罩和可收放起落架（后期型号），速度比双翼机快了一倍。
单翼邮件机的客舱能容纳6名乘客，以适应市场对航空旅行日益增长的兴趣。不过飞行员仍坐在开放座舱，暴露在空气中。早期飞行员很抵制封闭式座舱，他们表示不怕寒冷，并且享受风吹过发梢的感觉。
波音200的机翼完全由金属制成，没有任何支柱和钢线，波音通过创新设计获得了一种更强的结构，使这种翼展17.98米的悬臂式下单翼取消了所有张线。
在总工程师查尔斯·“蒙蒂”·蒙特斯的主持设计下，波音200一开始分成双翼和单翼两种构型设计，不过在单翼构型的低阻优势变得越来越明显后，双翼设计被摒弃。波音200也是第一种采用圆形截面机身的飞机，表面覆盖有光滑的金属蒙皮而不是波纹蒙皮。
波音公司在1933年迎来了一个新时代，具有流线型外观的全金属下单翼双发客机波音Model 247在芝加哥世界博览会首次亮相时，就被人们誉为是“第一种现代客机”。
波音247具有可变螺距螺旋桨、控制面调整片、收放式起落架和隔音客舱。该机的飞行速度高于三发客机，具有更低的运营成本，可以只用一台发动机维持飞行，在航空发动机可靠性差的那个时代，这大大提高了飞行安全。
1934年出台的航空邮件法案禁止一家公司既制造飞机又从事航空运输，所以波音公司在政府的反托拉斯行动中被分解成三个不同的公司：波音飞机公司、联合飞机公司（后来成为联合技术公司）和联合航空公司。威廉·波音在愤怒之余卖掉了自己的股份离开公司，1933年担任波音总裁的克莱尔·艾吉维特于是兼任董事长。他认为公司的未来在制造大型飞机上，于是在1936年开始建设2号工厂，以适应更先进的大型飞机的生产。不过业界并没有忘记威廉·波音，他在1924年被授予丹尼尔·古根海姆奖章，以表彰他在“在飞机制造和航空运输上的开拓性成就。”
不久后，波音公司就开始为泛美航空公司研制波音Model 314大型水上飞机。在1938年6月首飞的波音314成为当时世界上最大的民用飞机，能飞越洋航线。波音314飞白天航班的载客量是90人，夜间卧铺航班是40名人。一年后，泛美用314开辟了美国到英国的第一条定期航线，随后其他航线的陆续开辟，波音314“飞剪船”的目的地很快就遍布世界各地。
1938年问世的波音Model 307“平流层客机”是世界上第一种客舱加压的客机，使它能够在6100米高空巡航，远离大多数恶劣天气的干扰。波音307的设计基于B-17轰炸机，采用相同的机翼、尾翼和发动机。
在二战爆发前，波音公司已经确立了领先飞机制造商的地位。战争期间，波音制造的B-17“空中堡垒”轰炸机成为美国陆军航空兵不可缺少的武器，为反法西斯战争胜利立下了汗马功劳。飞行员给予B-17轰炸机极高评价，因为这种飞机即使遭受重创的情况下往往也能安然返回。到1944年6月生产高峰时期，波音的西雅图工厂每天能制造出16架B-17。此时，波音的B-29“超级堡垒”轰炸机也开始对日作战，在1945年8月向广岛和长崎投下了原子弹，加速了日本的无条件投降。
战后，波音的大部分轰炸机订单都被取消了，波音公司寄希望于1952年问世的波音Model 377“同温层巡航者”来打开客机市场。这种豪华的四发客机的设计基于B-29，但销售没有达到预期，让波音不得不寻求其他机会来。最后基于“同温层巡航者”的C-97运输机和KC-97空中加油机获得了军方的订单。
外形流畅的波音Model 200“单翼邮件机”，不过图中的早期型号仍然是固定式起落架
发展到Model 221A时，“单翼邮件机”具备了时髦的可收放式起落架，进一步提高了飞行速度
波音Model 247是划时代的产物，具有全机身半硬壳式结构，可收放起落架、可变螺距螺旋桨，定义了什么才是“现代客机”
波音247内部的舒适客舱，该机的唯一缺点就是载客量太少，这也是后来该机被道格拉斯DC-3超越的主要原因
1939年，壮观的泛美公司波音314“扬基飞剪号”
飞翔在旧金山湾上空的泛美314
波音Model 307的技术与B-17“空中堡垒”轰炸机同源，是第一种具有增压客舱的客机，可以大大提高巡航高度，远离恶劣天气的困扰
在二战中，由于男性劳工短缺，大量家庭妇女进入波音工厂。图为.正在制造B-17轰炸机零件的女铆工，波音西雅图工厂战争中生产了6981架B-17，到战争结束时，波音的女性员工数量超过40%
