Emergendo dalla sua forte posizione nel trattamento dei dati elettromeccanici, IBM affrontò il profondo cambiamento tecnologico verso il calcolo elettronico a metà del XX secolo. Sebbene inizialmente fosse cauta, influenzata dalla robusta redditività delle sue macchine per schede perforate esistenti, l'azienda riconobbe il potenziale trasformativo di queste nuove macchine. Le prime incursioni nel calcolo elettronico includono collaborazioni come l'Harvard Mark I, completato nel 1944, che era un computer elettromeccanico costruito con l'assistenza e l'expertise di IBM. Questo progetto, sebbene non fosse completamente elettronico, fornì agli ingegneri IBM un'esposizione critica alle sfide computazionali su larga scala. Tuttavia, l'impegno diretto di IBM con i computer elettronici si intensificò con progetti come il Calcolatore Elettronico a Sequenza Selettiva (SSEC), un computer elettronico su larga scala presentato nel 1948. L'SSEC, che incorporava sia componenti elettronici che elettromeccanici, rappresentava un'impresa ingegneristica monumentale, utilizzando circa 12.000 tubi a vuoto e 21.000 relè, dimostrando le crescenti capacità dell'azienda nel design di circuiti elettronici e nell'integrazione di sistemi complessi, in particolare sotto la guida di ingegneri visionari come John von Neumann, che consultò sul progetto.
Gli anni '50 segnarono l'ingresso decisivo di IBM nel mercato del calcolo elettronico, stimolato sia da evangelisti interni come Thomas J. Watson Jr. sia dal rapido evolversi del panorama tecnologico. L'IBM 701, introdotto nel 1952, fu il primo computer digitale elettronico prodotto commercialmente dall'azienda, principalmente destinato ad applicazioni scientifiche e di difesa. Era una macchina a tubi a vuoto che segnò un significativo distacco dai sistemi elettromeccanici, raggiungendo impressionanti velocità computazionali per la sua epoca. Anche se furono prodotti e venduti (o più comunemente, affittati) solo 19 esemplari durante il suo breve ciclo di produzione, segnalò la transizione di IBM dai suoi altamente redditizi EAM elettromeccanici all'era nascente del calcolo elettronico, aprendo la strada a futuri progressi. Un breakthrough più significativo per il mercato commerciale più ampio arrivò con la IBM 650 Magnetic Drum Data-Processing Machine nel 1954. La 650 divenne il primo computer prodotto in serie, progettato specificamente per sostituire i sistemi di schede perforate esistenti negli ambienti aziendali. La sua relativa convenienza (affitto per circa $3.250 a $3.750 al mese, una frazione delle macchine più grandi), la facilità d'uso per gli operatori di EAM esistenti e la compatibilità con i processi aziendali consolidati la resero incredibilmente popolare. IBM sfruttò la sua formidabile infrastruttura di vendita e assistenza, affinata nel corso di decenni nel mercato delle schede perforate, per commercializzare efficacemente la 650. Quando la produzione cessò nel 1962, oltre 2.000 unità erano state installate in tutto il mondo, consolidando la posizione dominante di IBM nel mercato del calcolo commerciale e sostituendo i primi rivali come l'UNIVAC I di Remington Rand, che inizialmente aveva catturato una significativa attenzione pubblica ma aveva lottato con l'adozione commerciale diffusa.
Sotto la guida di Thomas J. Watson Jr., che succedette a suo padre come CEO nel 1956, IBM effettuò una serie di audaci investimenti strategici in ricerca e sviluppo, in particolare in aree come lo stoccaggio magnetico, i linguaggi di programmazione e la tecnologia dei semiconduttori. Watson Jr. prevedeva l'eventuale obsolescenza della tecnologia a tubi a vuoto e spinse l'azienda verso i transistor, nonostante la resistenza interna iniziale radicata nel successo dei prodotti esistenti. L'azienda introdusse FORTRAN (FORmula TRANslation) nel 1957, uno dei primi linguaggi di programmazione di alto livello. Sviluppato da un team guidato da John Backus, FORTRAN semplificò notevolmente il processo di scrittura di software per applicazioni scientifiche e ingegneristiche, riducendo drasticamente i tempi di sviluppo e rendendo i computer accessibili a un'ampia gamma di utenti oltre ai soli specialisti del codice macchina. Queste innovazioni non erano isolate; facevano parte di una strategia aziendale più ampia, guidata dalla visione di Watson Jr., per dominare il nascente panorama del trattamento elettronico dei dati, assicurando che le offerte di IBM fossero all'avanguardia nel progresso tecnologico e nell'integrazione dei sistemi. Questo periodo vide anche IBM espandere la sua presenza globale, stabilendo nuove divisioni e centri di ricerca a livello internazionale per attingere a mercati in crescita.
Il breakthrough più significativo per IBM, e per l'intera industria del calcolo, fu l'annuncio del System/360 nell'aprile del 1964. Questo ambizioso progetto rappresentava un'impresa senza precedenti nella storia aziendale, internamente soprannominata "la scommessa da 5 miliardi di dollari" (equivalente a oltre 40 miliardi di dollari nel 2023) – un investimento paragonabile al Progetto Manhattan. Il System/360 non era un singolo computer, ma un'intera famiglia di computer compatibili, che spaziavano da piccoli mainframe a potenti sistemi su larga scala. L'aspetto rivoluzionario era la sua architettura del set di istruzioni, che garantiva che il software scritto per un modello System/360 funzionasse su qualsiasi altro modello della famiglia, indipendentemente dalle sue dimensioni o potenza di elaborazione. Questa compatibilità in avanti e all'indietro consentiva ai clienti di aggiornare il proprio hardware man mano che le loro esigenze crescevano senza dover riscrivere l'intera base software, un grande vantaggio che semplificava la pianificazione IT, riduceva i costi e offriva un chiaro percorso di aggiornamento. Lo sviluppo del System/360 comportò un investimento di miliardi di dollari e comportò enormi rischi finanziari e ingegneristici. Richiese un cambiamento fondamentale nei processi di produzione di IBM, passando da componenti discreti a circuiti integrati ibridi Solid Logic Technology (SLT), e richiese la riqualificazione di decine di migliaia di ingegneri, personale di vendita e assistenza clienti in tutto il mondo. Il progetto affrontò scetticismo interno e mise alla prova le capacità tecnologiche e organizzative di IBM fino ai loro limiti.
Il successo del System/360 fu trasformativo. Divenne rapidamente lo standard del settore per il calcolo su mainframe, stabilendo IBM come leader indiscusso nel calcolo aziendale. I concorrenti, spesso definiti "i Sette Nani" (Burroughs, UNIVAC, NCR, CDC, Honeywell, GE e RCA), lottarono per sviluppare alternative compatibili o superiori, cementando la quota di mercato di IBM a un stimato 70-80% del mercato dei computer entro la fine degli anni '60. L'architettura del System/360 si dimostrò così duratura che i suoi discendenti continuano a alimentare i moderni mainframe della serie IBM Z oggi. La sua introduzione consolidò la posizione competitiva di IBM, rendendola praticamente indispensabile per grandi corporation, istituzioni finanziarie e agenzie governative che cercavano di automatizzare i loro processi aziendali critici, dalla gestione delle buste paga e dell'inventario a complesse simulazioni scientifiche. L'affidabilità, le prestazioni e la scalabilità offerte dalla famiglia System/360 stabilirono standard che definirono l'era dei mainframe.
Con questa immensa dominanza di mercato, tuttavia, arrivò un aumento della sorveglianza. Nel 1969, il Dipartimento di Giustizia degli Stati Uniti intentò una causa antitrust contro IBM, accusandola di pratiche monopolistiche, in particolare riguardo al suo raggruppamento di hardware, software e servizi. Questa lunga battaglia legale, che durò fino al 1982, influenzò profondamente le strategie interne di IBM e la struttura più ampia dell'industria del calcolo. In parte a causa di questa pressione, e in riconoscimento dell'importanza crescente del software come prodotto distinto, IBM iniziò a separare il proprio software dalle vendite di hardware nel 1969. In precedenza, software e servizi erano tipicamente inclusi nel prezzo dell'hardware, rendendo difficile per i concorrenti entrare nel mercato del software. Questa separazione creò una nuova industria software indipendente e favorì la concorrenza, poiché altre aziende potevano ora sviluppare e vendere software compatibile con i sistemi IBM, creando effettivamente un segmento di mercato da miliardi di dollari che prima non esisteva. IBM affrontò anche pressioni dall'emergere di "produttori compatibili" (PCM) che offrivano periferiche hardware più economiche che potevano collegarsi ai mainframe IBM, sfidando ulteriormente il suo controllo complessivo sull'ecosistema.
Entro la fine degli anni '70, nonostante le continue battaglie legali e le crescenti pressioni competitive, IBM non era semplicemente un attore di mercato significativo; era un gigante tecnologico globale, profondamente integrato nel tessuto operativo di innumerevoli organizzazioni in tutto il mondo. I suoi mainframe alimentavano economie nazionali e i suoi laboratori di ricerca continuavano a spingere i confini della scienza informatica, assicurando numerosi brevetti e contribuendo significativamente alla ricerca accademica. La scommessa strategica sul System/360 aveva dato risultati spettacolari, consolidando la reputazione di IBM per l'eccellenza ingegneristica e la lungimiranza di mercato. Eppure, mentre si godeva il successo dell'era dei mainframe, sottili cambiamenti nella tecnologia erano già in corso, in particolare nel regno dei calcoli più piccoli e distribuiti (minicomputer) e nel fiorente mercato dei personal computer, che presto avrebbero sfidato le fondamenta stesse del modello di business consolidato di IBM e avrebbero richiesto ulteriori profonde trasformazioni per l'azienda nei decenni a venire.