Академия наук решила повторить опыт братьев Монгольфье в Париже. Подготовку к нему поручили профессору физики Жаку Александру Шарлю. 27 августа 1783 года на Марсовом поле был запущен первый воздушный шар, наполненный водородом. Поднявшись на высоту около 1000 м, оболочка лопнула от расширившегося водорода и упала в окрестностях Парижа. 1 декабря 1783 года состоялся первый полет на шаре, наполненном водородом, который построили искусные механики братья Роберы под руководством Шарля. По сравнению с Монгольфьеровым аэростат Шарля был значительно совершеннее. Гондола подвешивалась не к нижней части оболочки, а более надежно, посредством сетки, охватывающей оболочку в верхней части вплоть до максимального (миделевого) сечения. Это обеспечивало также более равномерное распределение нагрузки по оболочке. С целью регулирования высоты полета в гондоле имелся балласт, в качестве которого использовался мелкий песок, а в верхней части аэростата был предусмотрен клапан для выпуска газа. Чтобы обеспечить более надежный спуск аэростата в условиях ветра, предполагалось использовать сбрасываемый якорь. Кроме того, шар был более безопасным в пожарном отношении. Аэростат имел диаметр 9 м и был значительно меньше монгольфьера, взлетевшего десятью днями раньше. Это объяснялось тем, что наполнявший его водород обладает подъемной силой, почти в 3,5 раза большей, чем нагретый до 100°С воздух.
Полет Шарля и одного из братьев Робер продолжался 2 ч 5 мин. Пройденное расстояние составило 36 км, максимальная высота подъема — около 460 м. После приземления Робер покинул аэростат, а Шарль впервые в истории воздухоплавания поднялся в воздух один. В полете, продолжавшемся 30 минут, он достиг высоты 3000 м и доказал на практике, что путем сброса балласта и выпуска части газа можно эффективно управлять высотой полета аэростата. Посадка состоялась в 4 км от места подъема. Полеты Шарля продемонстрировали значительные преимущества шарльеров (так стали называть аэростаты, наполненные водородом) как в удобстве управления аэростатом по вертикали, так и с точки зрения возможности выполнения длительных перелетов.
После полета Шарль стал национальным героем. Академия наук избрала его своим почетным членом. Король назначил ему пожизненную пенсию, и по королевскому указу имя Шарля было выбито рядом с именем Монгольфье на медали, изготовленной в честь изобретателей воздушного шара. Вместе с Шарлем почетными членами Академии наук были избраны Пилатр де Розье, д'Арланд и братья Робер.
Парижане охотно участвовали в сборе средств для подготовки воздухоплавательных экспериментов. Академия наук оплатила изготовление аэростата братьев Монгольфье для опытов в Париже. Субсидии поступали и от меценатов. Пилатру де Розье удалось получить 100 000 франков для подготовки перелета через Ла-Манш, который он задумал еще до Бланшара (французский аэронавт, о котором речь пойдет дальше).
Шло время, аэростаты-шарльеры совершенствовались, позволяя совершать все более сложные перелеты. Тем не менее еще некоторое время продолжались подъемы на монгольфьерах. Так, 5 января 1784 года состоялся полет монгольфьера диаметром 35 м и высотой 43 м, в гондоле которого находилось 8 человек. 25 февраля того же года в Милане двухчасовой полет выполнили братья Джерли и Паоло Андреани. 24 сентября 1784 года впервые на аэростате поднялась женщина. Воздухоплавательница Тибль достигла высоты 2700 м и пробыла в воздухе 45 минут. Еще один полет на монгольфьере совершили Пилатр де Розье и химик Пру 23 июня 1784 года. Аэростат поднялся на высоту 4000 м и пролетел наибольшее расстояние, когда-либо пройденное на монгольфьерах.
В дальнейшем практически все полеты выполнялись на шарльерах. 14 сентября 1784 года полет на усовершенствованном шарльере предпринял в Лондоне итальянец Лунарди. В конструкцию своего аэростата он внес следующие новшества. Сетка была увеличена и скроена таким образом, что охватывала около двух третей поверхности оболочки. Кольцо, к которому подвешивалась гондола, располагалось не по периметру шара, а под оболочкой. Это повышало надежность подвески. Гондола имела удобную форму куба.
7 января 1785 года француз Бланшар и американский доктор Джеффрис за 2,5 ч перелетели на шарльере через Ла-Манш из Дувра в Кале. 15 июня того же года Пилатр де Розье и Ромен попытались пересечь Ла-Манш в обратном направлении на аэростате, представляющем собой сочетание монгольфьера и шарльера. Он состоял из шарообразной оболочки, заполненной водородом, и присоединенного к ней снизу цилиндра с нагретым воздухом. Путем изменения температуры воздуха в цилиндре изобретатель этого аэростата де Розье предполагал управлять высотой полета без использования балласта и выпуска газа. Полет проходил в тяжелых метеорологических условиях (поджимал срок его выполнения по условиям договора) и закончился трагически. Оба воздухоплавателя погибли.