帰国した豊田佐吉は、1911（明治44）年10月、愛知郡中村大字栄1字米田（現・名古屋市西区則武新町4丁目）に3,000坪（9,900m²）を借り、工場の建設に着手した。

この工場は、翌1912（大正元）年9月に豊田自動織布工場として完成し、本格的に稼働を開始した。本来なら織機200台を設置できる工場であったが、資金不足のため、織幅51インチ（129.5㎝）の普通織機92台、自動織機8台の合計100台と、予定の半分しか織機を導入できなかった。

そこで、佐吉は設備資金の調達を目的に、特許権の譲渡を豊田式織機株式会社に申し入れた。特許権の使用対価は、1割配当後の利益金残額の3分の1と取り決めていたが、同社は1割配当できるほど利益をあげたことがなく、佐吉は一度も特許権使用料を受け取っていなかった。交渉の結果、1912年10月に特許権すべてを8万円で豊田式織機へ譲渡することが決まり、1913年1月に支払いが完了した。佐吉はその資金で織機を買い増し、豊田自動織布工場の織機台数は目標の200台となった。なお、8台の自動織機は試験用であった。

佐吉は、自動織機の研究過程で、糸の品質に問題があることを確認していた。当時、日本の紡績糸は、短繊維でムラが多く、張力が弱かった。そのため、たて糸に用いるとすぐに切れてしまい、自動織機本来の性能が発揮できず、試験結果の評価が難しかった。そこで、佐吉は独自に紡績工場を設けることとし、1912年12月に帰国したばかりの西川秋次にその建設を命じた。

西川は、東京高等工業学校紡織科の友人で、機械輸入商社の高田商会に勤めていた古市勉に5,000錘の紡績設備の見積もりを依頼した。古市は設備計画を作成して見積もりを提出したが、佐吉が三井物産の藤野亀之助支店長に相談したところから、話は一転して三井物産が紡績設備を納入することになった。さらに、三井物産は佐吉への融資も約束した。

6,000錘のプラット ブラザーズ社（以下、プラット社）製紡績設備を輸入し、稼働を開始したのは、1914年2月である。原動力は電動モーターであり、既述のユニフロー蒸気機関により自家発電を行った。紡績工場の兼営に伴い、工場の名称も豊田自動紡織工場に改称された。

当時、紡績工場の標準的な規模は3万錘前後であり、周囲では6,000錘の零細な規模では採算がとれないと反対の声が強かった。ところが、1914年7月に第1次世界大戦が勃発すると、事情は一変した。イギリスをはじめとする交戦国の綿紡績は、軍需産業への転換によって生産力が低下したうえ、戦時下の船腹不足や航路不安などにより、ヨーロッパからのアジア向け綿製品輸出が途絶したのである。日本の綿業界は、それにかわってアジアに進出するとともに、イギリスやアメリカへも綿製品を輸出するようになり、空前の活況を呈した。

豊田自動紡織工場の業績も好調に推移し、逐次工場の増設が行われた結果、1916年には紡機3万錘、織機1,000台の規模となった。そして、1918年1月30日に豊田自動紡織工場は株式会社に改組され、豊田紡織株式会社が設立された。設立時の豊田紡織の概要は、次のとおりである。

所在地	愛知県愛知郡中村大字栄字米田1716番地
資本金	500万円（300万円払込済み）
経営陣	社長：豊田佐吉、常務取締役：豊田利三郎2、取締役：藤野亀之助3、監査役：児玉一造4
工場設備	紡機3万4,080錘（プラット社製）、織機1,008台（豊田式）
従業員	約1,000人

名古屋市の旧豊田紡織の本社工場は、大正時代のレンガ造りの工場建物が残っており、現在はトヨタグループの産業技術記念館として利用している。また、旧豊田紡織の刈谷工場は、トヨタ紡織の本社および刈谷工場となっている。

なお、弟平吉が経営する豊田織布工場は、豊田紡織が設立される前年の1917年、同じ村内の西春日井郡金城村大字北押切5に新築・移転した。この工場は、豊田織布押切工場と呼ばれ、1927年には紡績工場を併設した。その後、1931年に豊田押切紡織株式会社に改組され、1942年には既述の中央紡績に統合された。