En 1965, Service Games Japan et la Rosen Enterprise s'unissent pour former Sega Enterprise. David Rosen est à la tête de la société. L'emblème de la firme devient donc « SEGA » écrit en rouge, logo qui deviendra bleu en 1973.
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Un an après, Sega obtient son premier gros succès au Japon grâce au jeu Periscope, sous forme d'une borne d'arcade (et plus précisément un jeu électromécanique). Le but du jeu est simple : il suffit de tirer des torpilles sur des bateaux. Ce hit sortira par la suite du territoire japonais et le jeu sera édité partout dans le monde. Peu après, en 1969, suite au succès du jeu Periscope au Japon et aux États-Unis, Sega est rachetée par la société américaine Gulf & Western Industries (qui détient entre autres Paramount Pictures). Rosen n'est plus à la tête de Sega Enterprise mais continue à y travailler en tant que CEO (Chief Executive Officer).
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Sega continue par la suite à fabriquer des bornes, parmi lesquelles se trouvent The Fonz (1976), un jeu de motos avec Fonzie (de la série Happy Days), et Space Attack (1979). Dans les années 70, Sega rachète la société Gremlin aux Etats-Unis, qui ne changera pas de nom et qui aura pour rôle de fabriquer les bornes destinées au marché américain. La première borne marquante est Monaco GP qui, en 1979, donne au joueur l'impression d'être dans un véritable cockpit. Le succès de Sega est tel que des développeurs comme Konami et Capcom créent des jeux sur ses bornes d'arcade. Dans l'optique d'étendre son marché, Sega commence à s'intéresser aux jeux sur consoles de salon et édite ses succès les plus importants sur des supports comme l'Atari 2600 ou encore la Colecovision.
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