1902-1924
早在世紀交替之初，巴斯夫®就開始了氮方面的研究。卡爾斯魯厄理工大學弗裡茨·哈伯的研究提高了氨（氮氣和氫氣的化合物）合成的可能性，並為進一步研究指明了方向。在巴斯夫，卡爾·博世受命開發工業級氨合成技術。
煤炭不僅是一種能源，也是當時化工行業最重要的原料。為確保原料供應，1907年巴斯夫®、拜耳和愛克發共同收購了位於德國瑪律的奧古斯都·維多利亞煤礦。
1908年初，首個假期政策正式生效：年資達十年的員工可享受一週的假期，期間除基本工資外可享受額外津貼。
1908年：弗裡茨·哈伯（1868 – 1934，卡爾斯魯厄理工大學和柏林大學化學教授）的研究成果表明，利用氮氣和氫氣來合成氨在技術上是可行的。該製程需要高溫高壓和催化劑。在卡爾·博世（1874 - 1940 年，化學家，1919- 1925年任巴斯夫執行董事會主席，1925-1935年任 IG Farben公司執行董事會主席）的領導下，巴斯夫開始開展深入研究。
1911年，在經過廣泛試驗後，Alwin Mittasch（1869 - 1953年，1904 - 1933 年任巴斯夫化學師）終於發現了氨合成理想的催化劑：活性鐵。氨的工業化生產需要廣泛的開創性工作：新型鋼材的開發和測試，新反應器的設計和試驗，特種氣體設備和壓縮機的建造。
哈伯-博世工藝的技術實施面臨著失敗的風險。裝入鋼筋混凝土中的新式壓力容器和管道一再爆裂。卡爾·博世親自找到了解決方案：採用雙層管道，內層為軟鐵覆蓋，外部為抗壓且帶孔的鋼制外層。儘管如此，該解決方案仍然需要進一步的專家意見。為了解決日益增多的材料和相關安全問題，巴斯夫於1912年成立了化工行業首家材料測試實驗室。材料測試的首要任務是識別並控制儀器與工藝工設計中的材料問題。
破土動工一年後，1913年首座氨合成裝置在路德維希港基地北面三公里處的奧堡投產。每年可將 9000噸氨加工成36,000噸硫酸銨。100年後，路德維希港基地的硫酸銨年產量達到了875,000噸。
這裡還配備了路德維希港和奧堡基地第一個專業消防部門。除消防以外，他們的職責還包括在出現運營中斷和管道斷裂等事故時提供毒氣防護、救護車和急救服務等。
同時，巴斯夫還成立了俱樂部Vereinshaus（現更名為 Feierabendhaus），提供宴會廳、圖書館、餐廳以及保齡球球道供工人們消遣。第一張公司報紙於1913年4月13日俱樂部大樓落成之日同時發行。
卡爾·博世希望對肥料同染料一樣經過徹底測試，並為客戶提供適當的使用說明。這意味著需要開展大量試驗，以確定肥料對土壤和作物的效果。1914年，路德維希港附近的林柏格霍夫農業研究站成立，主要開展對肥料和作物生理的調查研究。這為巴斯夫在全球開展農藥化學業務鋪平了道路。
1914年8月，第一次世界大戰爆發。德國傾其所有投入戰爭，導致經濟負擔劇增。戰爭使得新型工業社會第一次意識到許多產品（包括化學品）都是一把雙刃劍。例如，合成氨的開發目的在於確保為日益增長的人口提供食物。然而， 1914年年底，由於彈藥緊缺，政府優先徵用氨。氨在奧堡工廠轉化為硝酸鉀，然後被用於炸藥工業。
而用於製造染料和藥物的重要中間體氯和光氣，則被雙方軍隊其於製造毒氣。
1916年，Fritz Günther （1877 - 1957 年，1901 - 1938年任職巴斯夫化學師）發現了紡織助劑二丁基萘磺酸鈉。這是首次發現合成表面活性劑，可減少水的表面張力，其性能超過當時所用的肥皂的洗滌性能。此類合成潤濕劑今天仍在餐具和衣物洗滌產品中使用。沒有此類潤濕劑，就不可能實現“不乾拋光”。其他表面活性劑用於製造乳狀油漆與洗髮精。
奧堡氨裝置進行多次擴建後，政府下令修建第二家大型生產廠，位址選擇了東德一個免遭空襲危險的生產基地。經過短暫的建設期後，1917年4月，巴斯夫第二家氨廠在梅爾瑟堡附近的洛伊納投產。而在奧堡，則開始建設巴斯夫第二大研究設施——氨實驗室。
1918年第一次世界大戰末期，德國染料製造商已失去了在全球市場中的領先地位。德國公司在海外的生產設施、子公司、附屬公司與銷售公司以及登記的專利均被沒收，戰後賠款嚴重阻礙了經濟復蘇。巴斯夫被法國軍隊佔領達數月之久，而與萊茵河東岸的連接也被破壞。
1919年，巴斯夫高級管理層、受薪員工與工人代表成立了一個教育聯合委員會。其目的在於為巴斯夫全體員工組織晚間娛樂活動、講座和音樂會。這為今日巴斯夫贊助各種文化活動奠定了基礎。交響樂與室內音樂會以及一系列特殊活動與眾多的體育休閒設施不僅向巴斯夫員工提供，同時也向員工家庭、路德維希港及周邊地區的市民開放。
1918年11月，德國歷史上第一個共和國的建立同樣使公司章程發生重大變化。之前公司與員工間「家長式」的管理方式為強制的勞資協同經營制度所取代。1919年 7月，巴斯夫與員工簽訂了化工行業首個集體工資協定，該協定確保了工會要求的八小時工作制。1920年，巴斯夫選出了首個勞資協議會；其代表於1922年獲允許參加公司監事會。
1921年9月21日，年9月21日，新的奧堡生產基地發生重大爆炸事故，造成500多人遇難，並對生產基地和周邊社區造成了重大破壞。在倉庫中翻鬆化肥所產生的強力氣流引發爆炸，從而導致了這場事故。
卡爾·博世在悼念活動上表示：「災難並非由疏忽或人為因素引起，我們至今仍無法解釋的未知自然因素使我們所有的努力化為烏有。我們多年來生產並用於為數以百萬計的國民提供食物的物質，如今突然因為某些我們無法獲悉的原因而成為我們最殘酷的敵人。它令我們的生產基地變成了一片廢墟。但更為慘痛的是，事故造成了大量無辜者的喪生。今天，我們是這樣無助而又無能為力，我們安慰遇難者家屬與傷者的所有舉動均無法挽回他們所失去的一切。」
戰爭的失利令德國發生了無法遏制的通貨膨脹。一美元可兌換4.2萬億馬克。1923年，巴斯夫的資產為65,733,583,748百萬馬克。巴斯夫試圖保護員工免受貨幣貶值的影響。1923年，在危機最嚴重的時期，公司引入了新的貨幣「苯胺元」。短期內，它在該地區成為僅次於鈔票的最為搶手的紙幣。
哈伯-博世工藝使巴斯夫成為第一家開始從高壓技術所帶來的機會而開展業務的公司。正是該項技術促成了大規模化學營運。1923年，Matthias Pier（1882 - 1965 年，1920 - 1949年在巴斯夫任職的化學師）成功合成了甲醇。而另一自然元材料壟斷也被打破：自然甲醇被合成甲醇所取代。一年前，在Friedrich Wöhler在實驗室中首次合成尿素的100年後，巴斯夫第一次成功利用氨和二氧化碳以工業規模生產出了尿素。
Fritz Winkler（1888 - 1950 年，1916 - 1950年在巴斯夫任職的化學師）嘗試在氨製造過程中改良合成氣的生產，並於1924年發現了流化床法則。在微粒褐煤煉焦工藝中，這一技術可產生大量優質可燃燒氣體。基於Winkler法則，巴斯夫於1950年開發了通過在流化床熔爐中煆燒黃鐵礦，生產硫酸的製程。