마즈다가 1964년에 첫 선을 보인 패밀리아는 마쓰다가 종합 자동차 메이커로 자리 잡는데 크게 기여한 모델이다. 4기통 782cc 42마력 엔진을 얹은 뒷바퀴 굴림차 파밀리아는 베르토네가 디자인한 세련된 스타일이 눈길을 끌며 일본에 일기 시작한 모터리제이션의 붐을 타고 베스트셀러가 됐다. 그리고 1966년 8월 중형 4도어 세단 루체(Luce)를 발표해 도요다, 닛산에 이어 3위 메이커로 올라선다.

1961년 자동차 엔진의 혁명이라 할 수있던 로터리 엔진을 독일 펠릭스 방켈박사가 발명하여 시험구동에 성공하자, 마즈다가 로터리 엔진의 가능성을 보고 기술을 사들였다. 마즈다가 로터리 엔진을 사온 이유는 간단했다. 엔진이 작고, 적은 배기량으로 큰 힘을 낼 수 있기 때문이다. 일반적인 엔진이 피스톤을 위아래로 움직여 동력을 얻는다면, 로터리 엔진은 삼각형의 로터를 회전시켜 동력을 얻는다. 그래서 적은 배기량으로도 높은 출력을 낼 수 있고, 고회전이 가능하다는 논리다.

하지만 실용단계에 접어들자 문제가 많았다. 타원형의 엔진 블록 안에서 삼각형의 로터를 밀폐한 상태로 돌린다는 것은 당시 기술로 해결하기 어려웠다. 로터와 블록 사이에 보호재를 삽입해도 밀폐가 오래가지 않았으며, 로터가 블록을 갉아먹었다. 엄청난 돈을 주고 사온 엔진이 제대로 돌아가지 않자 회사의 사운이 기울어질 정도였다.

마즈다는 6년간 끈질기게 달라붙어 노력 끝에 카본 소재를 사용해 로터리 엔진의 완성에 성공한다. 1967년에 세계 최초로 듀얼 로터 엔진을 얹은 2인승 쿠페타입의 ‘코스모 스포츠 10A’를 내놓았다. 각 로터의 배기량 491cc를 합쳐 총 982cc의 듀얼 로터식 1ℓ급 소형 엔진을 얹었다. 7000rpm에서 뿜어낸 최고출력 110마력으로 최고시속 165km를 올렸다. 10A 로터리 엔진의 안정적인 생산에 성공한 마즈다는 이를 얹은 소형 쿠페인 R100을 1971년에 출시한다. 이어 마즈다는 1970년 북미공장을 세우고 코스모 스포츠인 마즈다 코스모 스포츠를 1971년부터 현지 조립 생산하여 북미에서 성공적인 판매를 거두면서 회사의 성장세를 이어가게 된다.

이어 내놓은 패밀리아, 루체, 사반나 등의 일반 모델에도 간단한 구조로 큰 출력을 얻을 수 있는 가벼운 엔진의 장점을 가진 .로터리 엔진을 얹었다. 도요고교의 1971년형 로터리 엔진차 RX2는 레이스에도 참가하여 일본 스포츠카 그랑프리에서 상위권을 휩쓸며 우수성을 입증했다. 이후 로터리 엔진 차는 도요고교의 심벌이 되어 78년까지 100만대가 생산되었다.

그러나 로터러 엔진 차에 열중하던 도요고교는 70년대의 석유과동에 대응하는 차를 발빠르게 개발하지 못한데다가 로터리엔진개발에 과대 투자로 심각한 경영 위기를 맞는다. 스미모토 은행에서 자금을 지원받는 한편 포드가 25%의 자본 참여를 하여 포드의 소형차를 생산하고, 83년 패밀리아를 앞바퀴 굴림 방식으로 풀 모델 체인지하면서 제자리를 찾는다.