Lần thứ ba có tiến bộ hơn các phiên bản trước rất nhiều và đánh dấu một mốc quan trọng trong thương mại. Windows 3.0, phát hành năm 1990, là phiên bản thương mại thành công đầu tiên của hệ điều hành, Microsoft đã bán được khoảng 10 triệu copy trong hai năm trước khi nâng cấp lên 3.1. Đây là phiên bản hệ điều hành đa nhiệm đích thực đầu tiên. Sau sự thành công với Macintosh của Apple, thế giới máy tính cá nhân đã sẵn sàng cho một hệ điều hành đa nhiệm cùng với giao diện đồ họa người dùng.

Hình 4: Phiên bản Windows 3.0

Windows 3.0 là một cải thiện lớn so với các phiên bản trước đây. Giao diện của nó đẹp hơn nhiều với các nút 3D và người dùng có thể thay đổi màu của desktop (tuy nhiên thời điểm này chưa có các ảnh nền - wallpaper). Các chương trình được khởi chạy thông qua chương trình Program Manager mới, và chương trình File Manager mới đã thay thế cho chương trình MS-DOS Executive cũ trong vấn đề quản lý file. Đây cũng là phiên bản đầu tiên của Windows có trò chơi Solitaire trong đó. Một điều quan trọng nữa là Windows 3.0 có một chế độ Protected/Enhanced cho phép các ứng dụng Windows nguyên bản có thể sử dụng bộ nhớ nhiều hơn hệ điều hành DOS của nó.
Sau phát hành Windows 3.0, các ứng dụng được viết cho Windows được phát triển rất rộng rãi trong khi đó các ứng dụng không cho Windows (non-Windows) thì ngược lại. Windows 3.0 đã làm cho các ứng dụng Word và Excel đã đánh bại các đối thủ cạnh tranh khác như WordPerfect, 1-2-3.