上个世纪六七十年代，雅马哈开始执行产品重心转移计划，迅速作出研制大排量四冲程摩托车的决策，主力军就是XS家族，从而打破雅马哈二冲程摩托车一支独秀的格局，开创出二冲程、四冲程摩托车齐头并进的新时代。
雅马哈项目研发小组制定了“操控灵活、性能出众”、“轻便如350mL排量车型”、“价格容易承受”等设计理念，并力图在XS设计中贯彻这些理念。当时，美国调查显示，人们普遍认为英国老牌厂家凯旋公司的摩托车行驶最平稳，对其总体评价最高，因此，雅马哈工程师对凯旋公司生产的Bonneville 650车型进行了深入而详细分析，决定采用并列双缸四冲程发动机。
经过研发小组的反复试验，雅马哈第一台并列双缸四冲程发动机样机终于问世。遗憾的是，在初期测试中发动机的最大功率不如人意，离原来的设计目标还有相当大差距。为了提高发动机性能，研发小组进行反复试验，不断改进和优化发动机性能。当然，这只是研发过程中遭遇的问题之一，事实上，在测试中研发小组接二连三地遇到新问题，如发动机的散热性、零件耐用性、阀控系统、漏油、消声器上的过热点、振动等等。为寻找这些问题的解决途径，研发小组经常修改设计图纸至深夜，然后再将其交到样机生产车间，以便次日早晨制造新零件。除了改进发动机性能之外，研发小组同步致力于优化底盘设计，主要是攻克了两大主要难题：一是并列双缸发动机长期以来存在的振动问题，该问题主要通过在发动机下放置一定数量的橡胶软垫来解决；另一个问题就是要解决操作轻便性和高速驾驶过程中车架不够稳定之间的矛盾。
最终，XS650于1969年在第16届东京车展上亮相，当时日本的东京至名古屋高速公路刚刚开通。1970年上市的XS650备受好评：搭载了风冷、并列双缸发动机，汽缸排量为653mL，最大功率为39kW（7000r/min），最大扭矩则是54N·m（6000r/min）。当时，大多数四冲程发动机采用的都是OHV气门机构，但是XS650采用了SOHC，与同类竞争对手相比显得很先进。这台并列双缸发动机的优点，还包括采用了新的发动机和曲轴箱总段建造法，曲轴箱是水平分开的，组装起来方便快捷；当时绝大多数发动机的曲轴箱是垂直分开再组装的，或者采用发动机和曲轴箱分开制造再装配的方法。这一制造工艺只有同年推出的Laverda 750S能与XS650比肩。
XS650拥有诸多优点：车架设计比较灵活，操控起来舒适自然，长时间行驶不容易感到疲劳；糖果绿喷涂的细长型油箱新颖别致，独特的排气声清脆悦耳。XS650不仅操控灵活，极速可以达到170km/h，而且设计科学、品质精良，骑手们形容XS650 是“充满驾乘乐趣的漂亮摩托车”，就连警方也相中作为警用摩托车。
XS650的生产时间较长，大致分成两个时期：1970年至1979年生产的是标准版。1978年起开始生产特别版（Special），其实就是主要针对美国市场的巡航车，特征是羊角式把手，水滴形油箱，以及更强韧的前叉和新的浮动式制动盘等，后胎规格也从标准版的110/90-18改为130/90-16，以增强直线高速巡航的稳定性。
要强调的是，进军四冲程摩托车，雅马哈绝不是浅尝辄止，而是规划了类型丰富的四冲程摩托车研发蓝图。在推出双缸摩托车XS650后，新的三缸摩托车接踵而至。1976年，骑手们高兴地发现，高性能四冲程摩托车又多了新的选择，这就是雅马哈XS750。
虽然都属于四冲程XS家族，但是XS750与XS650的区别绝不仅仅是汽缸排量，而是采用了完全不同的技术！为了研发出高技术含量、高性能的并列三缸发动机，雅马哈选择与保时捷联合研发。这台全新的动力装置采用了并列三缸结构，比XS650多出一个缸；缸径和冲程为68.0mm×68.6mm，从而获得747mL排量。XS750不仅排量更大，而且技术更先进，采用了适合高转速的DOHC气门机构，榨取更多动力，最大功率达到50.4kW（8500r/min），拥有更强的加速性能和更高的极速，可以跑到175km/h。另外，与竞争对手本田、川崎、铃木的车型完全不一样，XS750没有采用常规的链传动，而是改用不寻常的轴传动！到了1980年，雅马哈增加了并列三缸发动机的排量，把缸径从68mm扩大到71.5mm，从而获得826mL的排量，这就是XS850。在3只口径34mm日立化油器的伺服下，XS850的最大功率增加到57.7kW（8500r/min），极速更是接近200km/h！
雅马哈XS家族已经玩得收住不性子了，除了并列双缸发动机、并列三缸发动机外，并列四缸发动机也来了，而且一鸣惊人，成为当时最大排量的并列四缸发动机，这就是1978年面市的XS1100。这是真正的超级摩托车，搭载了并列四缸发动机，排量达到了1101mL，是当时最强、最快的量产型摩托车，极速超过200km/h！
XS1100的钢管双摇篮车架内，拥抱着一台风冷DOHC四缸发动机，由4只米库尼BS34II等速化油器提供油气混合物。这位后来居上的XS家族老大，拥有更强的动力性能，最大功率提高到69.3kW（8500r/min），最大扭矩强化为90N·m（6500r/min）。凭借这台排量最大的并列四缸发动机，XS1100实现了迅猛的加速性能，5秒内就可起步加速到100km/h，极速达到215 km/h。这台最大最强的并列四缸摩托车，为上个世纪八十年代的日本超级摩托车风暴增添了很多能量。
