微内核设计一切都很好，但是有一个主要的问题：性能，第一代微内核设计如Mach等都有这个问题，因此Windows NT一统江山的时候还没能到来，微软在Windows 3.x的基础上继续开发，实际上，在开发Windows NT的时候，微软就在酝酿着两条操作系统线的融合，首先是API，微软希望它能成为未来操作系统的基础：
Win32 API，1991年1月
显然Win32 API是一个32位的API，作为16位操作系统Windows x.x的替代。Windows NT就使用了这个API并替代了之前计划中的OS/2 API。最初的Windows NT面向服务器和工作站市场，在桌面系统上，微软希望能有一款不再依赖于MS-DOS、同样基于Win32 API的32位操作系统，于是代号为"Chicago" (芝加哥) 的操作系统被提上了开发日程，这就是后来的Windows 95：
Microsoft Windows 95，1995年
1995年8月24日，Windows 95正式发行，这是一个里程碑式的作品，也是第一个以年份来命名的Windows，正式的版本号是4.0。为了实现对以往的兼容，Windows 95是一个16位/32位代码混合的单内核操作系统，大量的组件和新概念在Windows 95中被引入，如开始菜单和任务栏这样等。Windows 95还同样实现了抢占式多任务和多线程技术，虽然在16位程序仍然基于协同多任务调度。Windows 95还支持即插即用(Plug and Play)技术和更丰富的多媒体程序，系统最低必须提供640×480分辨率和256色的支持。Windows 95迅速成为了一个流行的游戏／多媒体平台。
95年年底，微软发布了Windows 95 Service Release 1，第二年又推出了Windows 95 OEM Service Release 2(Windows 95 OSR2) ，开始正式支持FAT32文件系统，并开始捆绑Internet Explorer，这个举动引起了互联网浏览器格局的变迁。Windows 95 OSR2还开始集成了Direct X 2.0，这个API在图形界面上将会变得越来越重要。由于Windows 95 OSR2的重要性，人们叫它为Windows 97。
在Windows 95获得了巨大的成功的同时，微软还在不停地改进Windows NT，作为一个以GUI为根本的操作系统，图形性能是基础。在通常情况下，微内核的性能比单内核性能要低，因为单内核通过系统调用而微内核通过消息传递。虽然Windows NT发布的时候采用了特别的方式改进了图形性能，如优化的消息传递协议LPC（Local Procedure Call，本地过程调用，用来和RPC对应），并且还从中特别创造了Quick LPC，通过事件对（Event Pair）这个特别的结构来加速CSR subsystem（Win32子系统）的图形操作。然而微软感到还未足够，到了1996年发布的Windows NT 4.0，微软将图形相关的部分从用户层放入了内核层：
Windows NT 4.0架构图，带颜色的部分在之前的版本中原本属于CSR subsystem的一部分；Windows NT 4.0之前，驱动程序也有一部分在用户层
在Windows NT系统中，所有的图形界面操作都和Win32子系统（上图是CSR subsystem）相关，系统通过调用Win32子系统的GDI（Graphics Device Interface，图形设备接口）API，然后GDI部件调用显卡驱动来实现图形操作，后一种调用比前一个调用频繁的多，因为一个简单的GDI命令需要和显卡驱动进行频繁的交流来完成。在Windows NT 4.0之前，GDI和搭配的USER、WIndows管理器都在CSR subsytem进程中，也就是在用户层，因此图形操作会需要频繁地在用户态和核心态之间切换，引起很多的系统开销。而在Windows NT 4.0中，只有数量相对较少的GDI API调用会导致用户态和核心态之间切换，因此图形性能得到了很明显的改进。如PowerPoint的性能就提升了15%-20%。在“便宜”的高端工作站上，Windows NT 4.0开始和Unix竞争。
Microsoft Windows NT Server 4.0，1996年
1996年6月29日，Windows NT 4.0正式发布，它看起来和Windows 95很像，同样集成了DirectX 2.0，并增加了许多服务应用程序，如以后越来越重要的微软Web服务器：IIS (Internet Information Services，因特网信息服务) 工具。
Microsoft Windows NT Workstation 4.0，1996年
Windows NT 4.0 & IE 2.0
