B-707的成功让波音迅速发展，后续型号B-727也在1964年被开发出来，这个型号的飞机载客143人，而且机舱噪音更小，而竞争对手道格拉斯公司则推出了同款飞机DC-9。当时，人们都认为应该开发少于100座的短途客机。但是波音公司却背道而驰，开发了更大型、更为先进的波音737，因为这样能够降低成本，提高利润。20世纪60年代，波音还积极参与到防务和航天领域，随着冷战的展开，波音公司被选为发展洲际导弹的公司之一。1961年2月在佛罗里达州卡纳维拉尔角，民兵导弹首次试射成功。此后民兵2和民兵3型导弹也都陆续研发出来。1966年，波音公司又被选定设计、开发和测试短程攻击导弹（SRAM），70年代初1000 SRAM被波音生产出来。60年代，波音公司参与了NASA的阿波罗登月计划。波音参与了土星五号火箭的研制，后来还参与研发月球探测车。虽然波音成功地走向了太空领域，但是让波音最出名的还是波音的747飞机。1966年3月，波音的董事会正式启动了747项目。
4月，泛美航空公司签署了购买协议，正式订购25架747，总值5.2亿美元，1969年底交货。不久，其他国际航空公司纷纷效仿泛美航空，购进波音747。波音的高管们长舒了一口气，并且随后在西雅图兴建了一座占地43英亩的厂房，专门制造波音747，那里至今仍是世界上占地最广的单体建筑物。随着747计划的推进，日益深化的全球经济衰退却让飞机订单枯竭。技术障碍和营运成本预算偏差让波音最雄心勃勃的SST超音速飞机项目土崩瓦解，当时正投入使用的波音737，在应当产生收入时却因高额的费用进行工程改良。同时公司的财务出现了严重问题，迅速增长的外债超过了波音申报的全部净资产，资金链面临断裂的危险。此时波音的高管们才猛然意识到，747竟然是波音的财务救星--如果波音能坚持到747交付使用，公司可能将获得新的现金流。1968年9月30日的747揭幕式上，当美丽的新飞机从仓库中被拖出时，不仅整个传媒界轰动了，银行的疑虑也被打消了。他们决定借给波音足够的资金，来支持747的认证和生产。
直到1969年的2月9日，747最终完成了改进工作开始首飞。1969年12月30日飞行获得政府认证，至此所有的路障已清除，波音开始向世界交付747飞机。据计算，波音在747上的开发与生产成本超过10亿美元，超过公司本身净值。然而，已有26家航空公司下单订购了150架波音747，每架飞机价值2 500万美元（如今一架全新的747-400的价格是1.5亿美元）。其实，747计划对波音和泛美来说都是一场豪赌。波音为747计划灌进了7.5亿美元巨资，公司已经倾家荡产了，但波音747的航程比预计的短了7%，加上其他种种初期设计和质量问题，泛美威胁要在每架 747上扣押500万美元的付款，直到所有问题全部解决。经过艰苦的谈判，泛美最后同意将扣押金减到200万。在交付使用之后不久，许多航空公司就发觉波音747太大了，大到没有多少航线能够装满乘客。更糟的是1973年石油危机爆发，预期的乘客增长成为泡影，航空燃料价格更在数月间涨了10倍。
泛美航空公司手中的现金跟着一架又一架747交机、一班又一班747飞上天空而付诸东流，之后一蹶不振。波音也没有好受多少，747计划严重超支，初期的问题又使航空公司的大宗订单姗姗来迟。20世纪70年代初，美国经济被越南战争严重拖累，陷入一场经济衰退，波音曾经连续 18 个月没有卖出去一架飞机。1973年的石油危机对民航业和所有经济领域都是一个重大打击。波音眼看就要撑不下去了，仅在1971年初到1972年下半年之间，波音就一口气裁员60%以上。西雅图地区风声鹤唳，人人自危，更有好事者在通往西雅图的高速公路上竖起标志：“最后一个离开西雅图的人，请把电灯关掉”。但747低成本的优势让它活了下来。由于每个座位的营运成本降低了30%，优秀的利润率和航程能力打开了大众洲际航空旅行潮流的闸门，让洲际航空旅行达到了前所未有的高水平。1976年英法联合研制的超音速协和式飞机投入运营时，油价已升至每桶11.51美元。波音747可以载着4倍于协和的乘客人数，以协和一半的维修成本及燃油成本飞行。
因此当时747已售出超过1 000架时，协和式生产了16架就不得不停产。自1970年以来，波音已经交付了超过1 370架飞机，在全世界运送了35亿人次乘客，747也是全球货机机队的骨干机型，运输量占全世界所有空运货物的一半以上。与此同时，波音开始大规模的分散化，将业务从航空空间和军工向民用领域扩散。计算机培训、工程计算、集成制造系统、警察保密话音通信、沙漠作物灌溉系统、联邦政府房屋管理、城市轻轨、海水淡化、风力发电，什么都做。与此同时，波音还是努力推销飞机，参加NASA的“旅行者”（M