Au début de l'été 1964, ils décrochent une audition à Brentfort Road, où Clément " Coxsone " Dodd vient d'installer son nouveau studio, qu'il a baptisé Studio One. Sans Ermine Green, qui a quitté le groupe deux semaines avant, ils parviennent à séduire Coxsone qui accepte de les produire à condition qu'ils raccourcissent leur nom en " The Wailers ". Ils trouvent donc une nouvelle membre, Beverley Kelso, et enregistrent leur premier morceau, Simmer Down, qui est numéro un en Jamaïque pendant deux mois. Ils enregistrent alors une trentaine de chansons en deux mois, avec The Skatalites, le backing band de Studio One, jusqu'à la fin du mois d'août, quand " Junior " quitte la Jamaïque. Lors de sa dernière session, " Junior " chante It Hurts To Be Alone, qui sera leur second succès.
Désormais quatre, les Wailers continuent d'enregistrer et obtiennent un troisième succès avec Lonesome Feeling. Ils rencontrent les Soulettes, avec lesquelles ils commencent une longue collaboration. Neville se fait appeler Bunny. Après le départ de Beverley Kelso, en mai 1965, les trois garçons durcissent leur image. Ils deviennent des rudies et fréquentent des gunmen. Ils portent des costumes serrés, des cols à pois et des chaussures Clarke's. Bob se fait surnommer Tuff Gong. Deux tubes successifs marquent cette période, Rude Boy et I'm Still Waiting. Bob épouse Alpharita Anderson, la chanteuse des Soulettes, le 10 février 1966. Le lendemain, il part rejoindre sa mère à Wilmington, dans le Delaware.
Pendant les huit mois que Bob passe aux États-Unis, Constantine " Vision " Walker, cousin de Rita et membre des Soulettes, le remplace au sein des Wailers, qui connaissent un nouveau succès avec The Toughest. Le ska devient rocksteady. Les Wailers s'intéressent de plus en plus au mouvement rastafari. Parallèlement, leurs relations avec Coxsone sont de moins en moins bonnes.