Początek lat 70. to zainteresowanie się Billy Cobhama muzyką fusion i współpraca z takimi muzykami jak: zespół Brecker Brothers, gitarzysta John Abercrombie i z Milesem Davisem. Wziął m.in. udział w nagraniu płyt Davisa: Bitches Brew, Live-Evil, A Tribute to Jack Johnson, Big Fun, Get Up with It. Billy Cobham zrewolucjonizował sposób gry na perkusji i hi-hacie.
Następnie artysta nawiązał współpracę z gitarzystą Johnem McLaughlinem (album My Goal's Beyond) po czym, w 1971, założył razem z nim zespół The Mahavishnu Orchestra, który miał się stać jednym z symboli muzyki fusion. Z tym legendarnym zespołem Billy Cobham nagrał dwie pierwsze płyty studyjne The Inner Mounting Flame i Birds of Fire, album live Between Nothingness & Eternity, oraz album studyjny z 1973 roku The Lost Trident Sessions, wydany w 1999 roku.
W maju 1973, ciągle jako członek The Mahavishnu Orchestra, Cobham nagrał swój pierwszy album solowy, zatytułowany Spectrum, uznany po latach za jeden z najlepszych albumów epoki w kategorii fusion;