Uważa się, że Jackson nagrał wokal za pierwszym podejściem. Jednak to jego aranżacja pomogła „Billie Jean” stać się wyjątkowym utworem. Jackson chciał napisać „idealną partię basu” i pracował nad nią przez kilka tygodni, zanim osiągnął efekt finalny. Linia basowa, nagrana przez Louisa Johnsona, jest jednym z najlepszych muzycznych dokonań Jacksona. Zaaranżował również partie perkusji i syntezatorów, a także z niewielką pomocą Jerry’ego Heya pracował nad smyczkami i sekcją dętą. Nagranie jego wokali w tle zakończyło produkcję „Billie Jean” na kilka tygodni przed ustanowieniem przez Epic premiery „Thrillera” na 1 grudnia 1982. „Billie Jean” stała się drugim singlem w styczniu 1983.
Wykonanie na Motown 25 Teledysk do piosenki i nowa sieć telewizyjna BET, skupiająca się na Afro-Amerykanach, pomogły stać się utworowi wielkim hitem. 25 marca 1983, „Billie Jean” i Jackson zdobyli dużo większą publikę, kiedy artysta wykonał utwór przed publicznością, podczas koncertu Motown 25: Yesterday, Today, Forever. Po zjednoczeniu z braćmi z Jackson 5, w celu wykonania wiązanki ich hitów, Jackson pozostał sam na scenie, ubrany w czarną marynarkę, czarne spodnie, odkrywające białe skarpety oraz pojedynczą cekinową rękawicę.