Il metodo fondamentale di fissazione dell'azoto, quello della sintesi diretta dell'ammoniaca dagli elementi, divenne una realtà scientifica, tecnica e industriale nello specialissimo clima culturale della Germania imperiale, dove nessuno scienziato era in effetti disinteressato alle applicazioni pratiche delle sue idee. I tentativi di laboratorio di sintetizzare ammoniaca da idrogeno e azoto nacquero infatti da una dura polemica fra Walther Nernst e Fritz Haber sul valore da assegnare alle costanti d'equilibrio della reazione. Entrambi i contendenti erano perfettamente consci del senso economico della loro discussione, e dal loro sforzo congiunto Haber fu trascinato a mettere a punto nel 1908 un apparecchio dimostrativo che, con un catalizzatore a base di uranio e operando a 550 °C e 200 atm, permetteva di ottenere una miscela gassosa così ricca in ammoniaca che questa poteva essere liquefatta per semplice raffreddamento. La BASF fu subito contattata ma i dirigenti della grande impresa, che si recarono a Karlsruhe per assistere a una dimostrazione di Haber, rimasero alquanto scettici. Carl Bosch non si fermò nemmeno abbastanza a lungo per vedere funzionare l'apparecchio di Haber, ma Alwin Mittasch rimase, e poté constatare la "facilità" della sintesi. Nel 1910 cominciò a funzionare un impianto pilota a Ludwigshafen, e nel 1913, con il superamento di grandi difficoltà ingegneristiche e dopo l'esplorazione di centinaia di catalizzatori da parte di Mittasch, fu aperto lo stabilimento di Oppau, in cui operavano giganteschi reattori del peso di 8 tonnellate. Durante la guerra la BASF costruì un secondo impianto a Leuna, con una produzione complessiva al termine del conflitto di 95.000 t di azoto fissato, circa la metà del consumo tedesco.