然而，事实却并非预料中的那么乐观。2003年7月，最早将燃料电池汽车投入商业运营的日本丰田汽车召回了出租的6辆燃料电池汽车，并宣布推迟另外6辆燃料电池汽车的租赁业务。原因在于储存氢燃料的高压氢气罐在加注氢气时出现了泄漏。几乎与此同时，各国都在燃料电池汽车的试运行中，发现了一系列需要解决的难题。
第一轮燃料电池汽车试运行戛然而止。各国对燃料电池汽车的投入，从打造示范汽车重新回到加强应用基础研究。氢能汽车要走向商业化，成为一场需要厚积薄发的“长跑”。
考验
尽管各大车企预期的2004年燃料电池汽车实现产业化这一“不理智”的预测没能实现，但是，业界已经为此投入了数百亿美元，在市场预期的诱惑下，没有人愿意就此停下来，各国对燃料电池汽车研究的热情依然不减。
与早些年的热血沸腾、踌躇满志相比，国外一些企业对燃料电池汽车的研究开始持更冷静的态度，研发也开始由大肆宣传转为低调进行，希望通过研究燃料电池的基础问题，找寻解决电池寿命、安全、成本等问题的办法。而如果不能找到解决方案，商用都是问题，更不要提与已然非常成熟的内燃机车进行竞争了。
在此背景下，中国不少车企开始对氢能汽车失去兴趣，研发热情不断减弱。
作为业内不多的坚守者之一，同济大学与上汽集团于2004年5月完成了基于第二代动力平台的燃料电池轿车试验样车“超越二号”。在这一年的10月，全球清洁汽车必比登挑战赛在上海嘉定国际赛车场举行。全世界各种类型的清洁汽车云集赛场，一争高低。作为清洁汽车的终极形式，燃料电池汽车备受关注。中国有三种车型、五辆燃料电池电动车出现在赛场上：清华大学的燃料电池城市客车、同济大学的燃料电池轿车“超越二号”参加了各项测试和比赛。“超越二号”参加的七项竞技指标有五项达到A级。
2005年4月，“超越三号”研发成功。相比“超越二号”，其改变的并不仅是称谓，得益于发动机功率的提高和重量的下降，零到百公里加速只需19秒，关键参数之一的燃料电池发动机功率密度达到了160W/Kg的世界先进水平。
随后的几个月，多辆“超越三号”燃料电池轿车不断从同济大学的校园里驶出。基于奇瑞“东方之子”的“超越三号”燃料电池轿车发动机的重量功率比密度达到了200W/Kg，百公里耗氢0.962公斤的燃料经济性甚至达到国际领先水平。“超越三号”系列轿车目前行驶里程已突破3.5万公里。
就在“超越三号”研发成功的当年，氢燃料电池大巴在清华大学研制成功。次年11月，位于北京中关村科技园区永丰高新技术产业基地的我国第一座以新能源交通为主题的示范园——北京新能源交通示范园一期投入使用，园内配套建设了加氢站。
2007年6月，同济大学、上汽集团共同研发的首批三辆上海牌燃料电池轿车样车，移交给上汽集团燃料电池汽车事业部。
一年后的北京奥运会上，为崭露头角多日的氢能汽车提供了一个难得的向世人展示的机会——由同济大学、上汽集团共同开发的20辆帕萨特氢能轿车作为赛时公务用车，在奥运中心区投入示范运营，执行场馆间巡视、搭载工作人员、接送部分贵宾的任务。
由于这些氢能汽车用的是帕萨特的车壳，氢能系统为自主研发。大众得知后，对这20辆中国改装的氢能汽车十分感兴趣，还借到美国加州示范了半年。
如果说短期服务北京奥运会算得上是对氢能汽车的一次小考，2010年长达6个月的上海世博会无疑是一次大考。当年，由同济大学与国内5家整车厂合作生产的氢能汽车，包括70辆燃料电池轿车、3辆燃料电池客车和100辆燃料电池观光车为上海世博会进行了长达半年的连续服务。
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