以后几年，达尔文集中精力开始写物种一书。他把任何一种新出版的著作看成他的进化结论的材料。例如，他在一封信中，分析华拉斯登的《马德拉群岛的昆虫》一书，向虎克指出，该书中所写的事实是非常有趣的，但是，作者论述的都是“一堆假设”。他补充说，他对岛上的昆虫无翼现象有他自己的解释。
在这之前，他对鸽子这样的家禽特别感兴趣，因为爱好养鸽的人已培育出各种不同的品种。他再次求助于福克司，不过这一次有着奇特的理由，并且很俏皮。他写道：“我写信的直接目的是请您作一次观察，因为我知道您是一个忙人，而要做的事又是那样多，我完全估计到，您一定会做到我需要的事情，因为这事请求一个无所事事的人①是毫无希望的。因为您有一叶诺亚方舟②，我不怀疑，您也会有鸽子（我希望它们是扇尾鸽）。我要知道的是，雏鸽的尾羽在什么年龄才充分长到可以计数的程度。我并不奢望我将来什么时候能看到一只雏鸽……”达尔文接着向福克司说明，他要搜集有关支持和反对物种不变性的事实来写一本书。目前，他感兴趣的问题是，人培育的品种在什么年龄会出现差异。他继续写道：“我必须或者自己培育鸽子（这对于我来说决不是娱乐，而是一种可怕的折磨人的事），或者购买雏鸽；不过在我去找一个卖鸽子的人以前……我很需要知道某些有关鸽子发育的情况，以便使我不致于过分无知，上当受骗”。即使给他寄来一窝普通的鸽子，这也会使他高兴的，因为他正打算制作鸽子的骨骼，并对不同品种的骨骼进行比较。信的下文很明显，他已经把野的形态同他从野的形态中培育出的家养的形态作了比较；例如，家鸭的翅膀比野鸭小，而脚却比野鸭大。
①达尔文的意见看来是反常的，但在心理上却是正确而又含蓄的。
②《圣经》中说：世界发生大洪水时，诺亚为了救他的一家和许多动物而造的大木船。这里指大群动物——译者注。
从后来的通信中十分清楚，福克司给他送来了一些刚出生一个星期的，两个星期的小鸽，此外，还送来了供研究用的老鸽。
但是，这并未使达尔文满意，因为同年五月，他获得了第一批良种鸽，后来他又成了两个养鸽学会的会员，结识了如他给自己长子信中所写的那样“一伙非常古怪的人”。我们已经说过，在鸽子的身上特别鲜明地表现出亚种和变种的多样性，而它们的繁殖则是非常迅速的。他在这方面的实践使他更加相信选配供杂交用的种畜的意义，几乎完全忽视了通过各种类型的杂交来培育新品种的意义，而这一点他准备在自己最初的《理论概要》中作一定的阐述。他在给赫胥黎的信中写道：“有一次晚上，当有人说，贝尔先生用自己的球胸鸽同罗马鸽进行了杂交，我正坐在一家小饭馆里，处于一些鸽子爱好者之中。要是你听到这种不堪入耳的新闻，看到郑重其事的、神秘的和可怕的摇头，那么你会了解，杂交与改善品种关系不大”。
鸽子爱好者使达尔文很感兴趣，他经常乐意引证养鸽专家伊顿著作中那些在赞扬鸽子的一个品种时作出如下结论的地方：如果你了解了鸽子的一切奥妙，那么“恐怕没有一个精明而有教养的人缺少了这一品种还能活得下去！！”。
后来在一八五六年十月，他在给福克司的信中写道：“在我看来，我对鸽子进行详细的研究工作是非常宝贵的，因为它向我说明了在家养状况下变异方面的很多问题。他研究了有关鸽子方面的“大量旧著作”，以便彻底研究它们各种群中的渐变。他还研究了家兔和鸭，不过比起研究鸽子来要少得多。
达尔文同著名的家禽专家捷格特迈耶尔就很多细小问题和琐事进行了大量通信。凡是使他怀疑的各种各样的问题，他都跟懂行的专家商量，这是达尔文一贯的工作方法之一，因此他的著作经常援引这个或那个专家、权威在这个或那个问题上的意见。
例如，他认为虎克是植物地理分布问题上的专家，虽然在这些问题上，他并不完全同意虎克的意见。他把自己关于生物地理分布的手稿送给虎克审查，并且在得悉虎克总的好评后才“松了一口气”。有趣的是，鉴于虎克的批评，达尔文在给虎克的信中强调指出，他越来越深信，外部条件的直接作用对进化的意义是极其微小的。他认为，外部条件引起的最大的意义是变化的能力和变异性，但是，新品种或变种的形成不是由它们决定的，而是由于选择的作用，而且不能因此就把这种形成称为偶然。
根据这种理解，他开始认为，那些以为动物的毛发越往南就越稀，越往北就越密，深水的贝壳比浅水的贝壳白，山上的昆虫体小色暗，而山上的植物绒毛多，并开出较大而且鲜艳的花的人是不对的。达尔文开始认为，上述差别早已属于变种，因为物种只是外形变化极为显著的变种（他这样给虎克写道），那也就属于物种了。换句话说，他在这里也看到了不是外部条件的直接作用，而是选择作用的结果。
看来，虎克在回信中反驳了达尔文提出的高山上的花一定绒毛多、朵儿大这样一个论点。根据达尔文的说法，虎克给高山上的植物“剃了发”。达尔文非常珍视虎克这些实际的修改，这些修改有时驳倒了达尔文从某个权威那里得到的观念。他给虎克写道：“我有时鄙弃自己做了一个编纂者，虽然我不鄙弃自己的全部工作”。
达尔文还在两小块土地上对植物进行统计：一种是长期种植的，另一种是在十五年内自然生长的。正如他在给虎克的信中所写的那样，知道什么样的植物增加了，而什么样的植物绝灭了，这使他感到非常“愉快”。他对这块有六平方英尺的小小的土地，即“种子植物园”，进行仔细的观察，他在这里注视每一根从种子中生出来的幼芽的命运。大量的幼苗对他产生了强烈的印象，而更强烈的印象是大量死亡的幼苗。他感到惊奇的还有，幼芽之死与其说是一部分幼芽压倒了另一部幼芽，不如说是被蜗牛弄死了。他在后来给虎克的一封信中更加明确了这些材料：三百五十七棵植物死了二百七十七棵，主要是由蜗牛弄死的：他同虎克还详细谈了他在慕尔公园（他在这里疗养了一个月）所作的惊人的观察，并且后来在《物种起源》中作为生存斗争复杂性最好的例证列举出来。他在慕尔公园观察了长有老松的山丘那些被围起来的和未被围起来的地段之间的差别。在被围起来的放牧地段上，在一群松树周围，长出了很多小树，它们好象是被人有意栽到这儿的。而在未被围起来的地段上，什么都没有，找不到一棵小树。但是，当他走到跟前时，他在那里找到了几千棵全都比帚石南要矮的松树，因为牲畜经常把这些树尖啃光。研究它们以后，他深信，这些三英寸高的小松，树干不高于一根火漆棍，根据年轮来判断却在二十五年以上。“确定一平方码草地上的植物的样子及其数量的捉弄力量有多大啊！……不过，要是某一种老虎或某一种植物要绝灭的话，我们却经常感到惊讶”。
他专心致志地研究他所搜集的大量事实，并说明这些事实，其中每个说明都要经过检验。
他在一八五七年六月五日给虎克的信的末尾说：“最近，我把我的思想统统告诉了您，您是一个最好的朋友和哲学家”。可是二十天之后，他告诉虎克，黄尝木的叶子随着子叶的出现，在形态上几乎是三叶草式的，他问虎克，“在这里是否可以同幼狮花纹这样的特征（看来是从祖先那里传下来的）相提并论呢？
虎克还给他寄来了他所需要的植物学书籍。达尔文深信，在占有广大分布区的很多属中，变种和物种应当最多，他想根据各国的“植物志”的资料来检验这一点。虎克还给他寄来了波鲁的《法国中部的植物志》和菲恩罗尔的《拉底斯本的植物志》。达尔文非常认真地检验了某些论点，拿出了他在一八五七年八月检验过的一个“植物志”的统计表。在英国的植物志方面有巴秉顿、汉斯罗、华生的；在法国的植物志方面有波鲁的，在荷兰的植物志方面有米吉尔的，在美国的植物志方面有爱沙·葛雷的，在新西兰和印度的一部分植物志方面有虎克的。此外，在马德拉群岛的昆虫方面有华拉斯登的。但是，他对此还不满足，并且在同一封信中还要虎克给他弄到“好的德国的植物志”、“大俄罗斯的植物志”，而且还要那些“把物种分得很细和很粗”的作者的植物志著作。
看来，这部关于在大小属内部物种的分布和变化情况的著作，需要他非常细心而又要花费很大力气去工作，因此占用了他九个月的时间，以致他在一八五九年五月才把自己关于这个课题的手稿寄给虎克审阅。达尔文当时给自己明确提出的任务是，“事实要充分而且有条理”。他把自己所写的这本书告诉福克司时写道，他愈来愈感到兴趣的是，怎样使事实更有条理。他接着写道：“我象克雷兹①一样，有过多的丰富的事实，而且我想使该书尽可能臻于完善”。
①大财主，古代吕底亚国王。——译者注
但是，虽然达尔文拥有大量的事实，但他仍然积极地搜集事实，向与自己有通讯联系的人提出很多问题。例如，他在思考细小生物身上表现的返祖特征时，请福克司在搜集各种品种的马、波尼马、驴等背上的黑条纹和肩上的横向条纹的事实方面给予帮助。
他在关于大陆在以前的地质时期是联结在一起的问题上，同虎克发生了深刻的分歧。这种思想，特别是似乎曾一度把美洲同旧大陆联结起来的大西洲的存在这一思想（为了说明马德拉群岛的昆虫分布），在达尔文看来，是幻想的，而主要的是为时过早的。在研究这种很少有真实性的假说以前，还要解决大海是不是使动植物分迁的真正不可克服的障碍。为了弄清楚这个问题，达尔文决定研究植物的种子和动物的卵在海水里是否会飘流，它们在盐水里能活多长时间。他认为，海流和海浪可以把种子和卵带到很远的地方去。在接受大陆是联结起来的假说，以便说明在被大海隔开的一些地方上有某些相同的植物存在以前，还必须证明在这些地方不可能发生一般的迁移。
一八五五年五月，达尔文请福克司为他那所学校的学生提出奖励，使他们去寻找蜥蜴蛋或蛇蛋，并给他往唐恩寄去两、三打这种蛋。因为蜥蜴住在每个岛上，达尔文想在自己住处作试验，确定蜥蜴蛋是否真能抵抗海水的作用，它们在地窖的海水里放一两个月是否仍然保持生命力，还要弄清楚，它们在海水里是飘浮的还是下沉的。
达尔文在瓶子装的盐水里保存莴苣、萝卜、白菜、山莴苣、胡萝卜、芹菜和洋葱的种子。尽管水发臭了，可是所有这些种子，除了某些品种的白菜子以外，都长得非常好。因为很多海流每小时的速度是一海里，根据达尔文的计算，在一个星期内可能就是一百六十八海里。
虽然许多种子很好地经受住了盐水的浸泡，但是它们很快就被浸透而下沉，这种情况使达尔文大失所望。达尔文在给虎克写的信中讥讽自己道：“这件事是令人懊恼的，如果这些中了邪的种子想下沉的话，那么我在用盐水浸泡这些忘恩负义的小玩艺上白白花费力气，为自己找麻烦……”他接着写道：“近来不论什么事都和我作对：动物学会的鱼吃了许多浸泡过的种子；于是在我的头脑中幻想着鱼和种子已整个地被一只鹭鸶吞下去了，然后被带到几百海里的地方，排泄在另一个湖岸上，在那里发出极好的芽来。可是突然那条鱼使劲把所有的种子连同所有的呕吐物却一齐吐了出来”。
但是，失败并未妨碍达尔文继续工作，做许多新的试验。他记得，“贝格尔”号航行到基林岛时，有人使他相信，被抛到岸上的种子，曾发过好芽。看来，虎克非常怀疑达尔文的试验，而维护福勃斯的思想。达尔文给他写信道：我不能明白，为什么您宁愿采取大陆传送的方法而不采取海洋传送的方法……似乎您应该为这么多的传送方法而高兴才是……至于谈到我个人的那些得意的结论，海洋传送还是陆地传送反正都一样，既然任何一个比较可信的方法都基本上已得到·证·明（着重号是我加的——作者注）。但如果没有任何其他的、独立的证据的话，创造陆地是不符合我的学理的……”
他还在书刊中，例如在高德龙的《尤维纳利斯的植物志》中寻找这样的证据，这本书中有对偶然随出口木料一起运出去的植物的描述。
最后，“大陆的划分”（为了说明在被大洋和大海分开的地方的生物地理分布）使达尔文勃然大怒，他一向为人彬彬有礼，讲客气，可他给赖尔写了（在一八五○年六月十八日）一封措辞十分激烈的信。我把信的全文引证如下：
我的亲爱的赖尔：我想做出世界上最不光彩的行动。但是一想到您的许多门生在地质上的行为无礼，我就万分激动，有时暴跳如雷，有时心灰意冷。
时而可怜的福勃斯要建立一个新大陆（也就是使该大陆延伸）到北美，而另一个延伸到马尾藻海；时而虎克要建立一个从新西兰到南美的大陆和环绕世界直到克尔盖伦陆地；时而华拉斯登说，马德拉群岛和圣港有从前大陆的可靠而又明确的特征。乌德瓦尔德给我描述了那里的情况，又把大陆增加到大洋二百或三百海里深的地方（好象如果再往下去就什么也没有了）。为什么不使大陆延伸到太平洋和大西洋的每个岛呢？可是所有这一切都是在现代物种存在时间之内的全部情况。如果您不为这提出一个界限，如果您真的为了惩罚地质学家而给他们提出更深的地域，我想，我的亲爱的老师，您也要到那里去。您的门生已经·慢·慢·地·和·秘·密·地·超·过·了·过·去·所·有·老·的·灾·变·论·者（着重点是我加的——作者注）。您还会活到您将成为灾变论者首脑的时候。好吧，我已经很好地发泄了自己的忿怒。现在请您原谅我，亲爱的老师，而且请您相信，我永远是
您的
查·达尔文
又及：请您不要对此复信。我是为了使自己轻松愉快才写的”。
达尔文告诉虎克，他在忿怒之下给赖尔写了一封怎样的信，然后补充说：
“但是，我一定设法使自己不再成为容易发怒的人，而竭力做一个心平气和的人，并且使您象厨师做布丁这样的点心一样轻而易举地创造大陆……”
但是，他不单是用信来“消除自己的忿怒”，而且在另一封写给赖尔的长信中，语气已经平静了。详细地分析了他据以坚决反对蛮横无礼的大陆创造说的那些论点。他认为，福勃斯的大西洲，也就是被设想的在大西洋那个地方上的一个洲，“对科学起了坏作用，因为它阻止了对生物分布手段作周密的研究”。
在植物问题方面，达尔文不只同虎克一人商议，而且还同其他植物学家商议。例如，从一八五五年起，他开始同美国植物学家爱沙·葛雷通信。爱沙·葛雷出生于纽约州，他比达尔文小两岁。他父亲是一个制革匠，受的教育不多，可是，在校学习非常出色的儿子却顺利地读完了费尔菲尔德的大学，而后又在同一个地方读完了（一八三○年毕业）医务学校。由于热衷于植物学，他又在大学念完了植物学夏季讲习斑。他对植物学的酷爱得到了植物学教科书作者约·托列依的支持。一八三四年，爱沙·葛雷出版了《北美的禾本科和沙草科》一书。由于这本书，他开始同一些欧洲学者通信。他以教授身份到了欧洲，观看了欧洲的植物园和收集品，并同著名的植物学家建立了私人关系。
一八三八年，他访问了英国。值得指出的是，对推广达尔文主义有功的爱沙·葛雷是一个笃信宗教的人。在格拉斯哥，他受到当时住在那里的虎克的父亲和他的儿子亲切的接待，并研究了植物标本集。在伦敦，他结识了罗伯特·布朗、达尔文、奥温、植物学家林德雷和其他许多博物学家。他从英国到了大陆，在这里，他访问了欧洲所有著名的植物学家。他还结识了施列登，并了解了使施列登得出细胞学理论的有关细胞的一些想法。
爱沙·葛雷刚刚返回美国，就被聘为旧哈佛大学的植物学教授，他在该校讲课出了名，因为他努力钻研他所讲的课程，而且这些课程内容新颖、丰富。他很容易地成了美国植物学家这一派的首领。达尔文也同这个精力充沛的植物学家开始通信。信是达尔文主动先写的。他在第一封信里请爱沙·葛雷帮点小忙。达尔文告诉葛雷说，他从事研究生物的变异已经好几年了。他已经对动物得出了一些结论，并且作为一个非植物学家想从专家那里得知，这些结论是否可以适用于植物。此外，有关美国高山植物的材料也使达尔文感兴趣。
达尔文向来对提出这样的请求总是一再表示各种各样的歉意。
爱沙·葛雷非常乐意地答复了达尔文所提出的要求。除了写信和邮寄美国高山植物统计表外，他还把自己的新版植物学课本寄给了达尔文。达尔文当时正致力于地理分布和类型的种属关系问题的研究，他希望爱沙·葛雷在课本再版时，能在他的美国植物统计表里指出，哪些植物是当地的，哪些植物是从欧洲移植进来的，还要指出这些植物的产地在哪里。
这一时期使达尔文感兴趣的问题，当然是同物种一书的准备有关系的问题。他向爱沙·葛雷询问某一科植物的物种占美国植物区系物种的总数的比例。他感兴趣的还有各种植物区系“相近的”物种，他请葛雷为他指出这样的物种，哪怕是在旧的校样里指出也行。达尔文给他写道：“我对于一些相近的物种所下的定义是：这是一些可以认为是不同‘物种’的生物，但也可以认为是任何其他优秀的植物学家可能把它们看成亚种或变种；还可以认为它们是与任何其他物种难以区别的一些生物。”
爱沙·葛雷由于受到达尔文询问的影响，撰写和刊出了一篇《北美合众国植物区系的统计》，达尔文在收到这篇论文后，对爱沙·葛雷所作的关于大属的物种总是有着广泛的分布范围的结论非常高兴。这个结论同达尔文从分析其他植物区系所得的结论以及他的理论观点是一致的。
但是，爱沙·葛雷关于联结高山植物的那条线是通过格陵兰的论点，同达尔文的理论却相矛盾。这使他感到不安。他总是努力做到理论不脱离事实，所以北美另一个有威望的学者亚格西的过于自信，他并不赞成。他给爱沙·葛雷写道：“赖尔告诉我说，建立关于爬虫纲最初是什么时候被创造出来的理论的那位亚格西，当听到同他这一学说相反的一些审慎的观察时，兴奋地说，他还没有考虑这一点，因为‘大自然从不说谎’。我的处境也正是这样，而且要您向重复一遍：
‘大自然从不说谎’也就是说，从事理论的人永远是对的……”
后来，达尔文问葛雷，他是否认为，植物学家们在他们的植物统计表里，会不加区别地把变种列举出来，而不管它们是否存在于大属或小属里，或者他们更倾向于只是在这些情况中的某一种情况下把变种列举出来。
这几年达尔文的健康状况是不稳定的。有几次，水疗暂时使他精神振作起来，感到非常轻松。例如一八五七年，他从慕尔公园水疗机关写信谈了关于水疗的“良好的作用”。我能够象一个虔诚的基督教徒一样转圈子和进食，甚至睡眠也好起来了”。他说，水疗“能使一个人的头脑非常出色地停止活动”。
看来，与数学计算有关的著作，使他大伤脑筋。一八五八年三月，他给虎克写信道：“今晨，我的工作进展得很不好，并且感到沉闷。天哪，我是多么仇恨物种和变种啊！”有一次，他在计算变种时，同博物学家拉卜克（他同一庄园的邻居）畅谈起来，拉卜克提出了他在计算上的一个大错误。两三个星期的工作看来是不大愉快的。尽管他因此感到失望（“我是全英国最不幸的、最忧郁的、最平凡的一个动物；由于对自己的盲目和幻想感到烦恼而痛哭了一场”），但他马上又坐下来重新进行计算。他给虎克写道：“只要我没有再次审查完这些书，并且没有看到根据正确原则计算的结果，我就要坐下来，一动也不动”，可是他衷心感谢拉卜克，因为拉卜克使他避免犯错误。
坚持不懈地工作，使他的健康状况恶化了，必须再次进行治疗。一八五八年四月，他从慕尔公园写信给赖尔说，他又到这里进行两个星期的治疗，他同赖尔交谈了许多地质方面的问题，并在结尾时突然写道：“可我不想再写下去了，因为我到这里来的任务是不思考任何事情，而是多散步，多吃饭，并且还要多读小说。”
的确，他尽量利用这个时间来休息。他从慕尔公园给妻子写信道：“昨天我在林间小路那边作了一个半小时的散步，得到了充分的享受。但是，雄伟壮观的松树上新鲜的深绿树叶，老白桦树上的深棕柔荑花以及白色树干，还有落叶松的茂密柔软而清秀的绿叶，构成了一幅极美好的景色。最后，我熟睡在草地上，后来被我周围响起的一阵鸟声所惊醒，松鼠在树上爬来爬去，两只啄木鸟发出笑声，这是我曾经见过的最令人愉快的一幅乡村景色；于是我丝毫也不考虑鸟兽是怎样形成的这些问题了……”
早在一八五六年初，赖尔就建议达尔文尽可能完整地阐述自己的进化观点，因此达尔文也就马上开始写他的物种一书。但这并不是众所周知的《物种起源》。该书本来要更加详细，它的篇幅要比原来的多二、三倍。但赖尔建议在准备这部内容丰富的书时，立刻发表他的观点和概要，以便抢先取得理论上的优先权。达尔文认为这是不可能的；他的学说是由许多论点组成的，而每个论点都需要用事实来证明，忽视这些证明，在他看来是不可思议的。他不同意赖尔的意见：“我很痛恨为了取得优先权而从事写作的这种想法，当然，如果有人先于我发表了我的理论观点，我也会感到懊恼的”。
赖尔的建议使达尔文举棋不定，烦躁不安。显然，赖尔列举有利于这个初步概要的论据是很有说服力的，但是，在几乎没有任何证明的情况下写一个教条式的理论概要，这同他的信念和习惯是相矛盾的，这使他感到很不痛快。他把自己的动摇和不安告诉了一贯对他很热情的朋友虎克。他想起了父亲的话，在他所处的那种精神状态下，需要向别人征求意见。他父亲说过：“好的劝告会带来很大的好处，而坏的劝告很容易使人走上邪道”。达尔文在给虎克的信的末尾写道：“唉，如果有谁这样做（即没有证据来充实就出版一个纯理论概要），我想我会嘲笑他的，而我唯一的安慰就是在赖尔建议以前，我的确从未想到过这件事，而且看来，我经过仔细考虑以后，这是明智的（即不出版这样的概要）”。
虎克的回信使他不够满意，他把他有利于写这样的概要的论据综合成这样：“事实可以证明一切，因此……都是多余的，您的这一观点是令人不愉快的，但我希望它是一个不很正确的观点”。
最后，经过了一番痛苦的动摇，写作所需要的概要意图也遭到了失败，他只好按老计划办：即使要花费很多时间，他也要写一部有详细和充分的证据的关于物种的巨著。这部著作一直持续到一八五八年六月，赖尔认为有人会抢在达尔文的前面的这一预见应验了：航海家和动物标本搜集家华莱士，把自己的手稿恰恰寄给达尔文，这部手稿发展了这一理论……而在最近这两年，达尔文已经写完了十章，即打算要写的书的一半左右。
华莱士一八二三年生于布里斯特耳运河附近小城镇埃斯克的一个贫苦家庭里，这座小城镇位于达尔文的故乡施鲁斯伯里以南七十五海里外，他从十四岁起就不得不为自己的衣食操劳。他在铁路工地上，有时做土地测量员，有时做承包人，有时做国民学校教师。他阅读了植物学方面的书，并迷上了这些书，从十八岁起便开始做植物标本。他在累斯特学校任教师后，同另一个年轻教师亨利·贝兹过从甚密，这位教师对自然科学和游览也很感兴趣，并且使自己的这位新友爱上甲虫的搜集。
达尔文的《一个博物学家的航行日记》，也是这位年轻的博物学家爱读的一本书。正如华莱士给贝兹的信中写的那样，他喜欢这本书的一切内容：无论是叙述的内容也好，还是叙述本身那种“没有任何累赘、没有装腔作势和利己主义”的风格。他还阅读了《创造的痕迹》，物种起源问题也使他感兴趣。他也熟知赖尔的著作。但是，读了达尔文的《航海日记》和对洪保德旅行的描写，他强烈向往能亲自看看热带的大自然。
他同贝兹一起，开始幻想去巴西的亚马逊河搜集昆虫、植物、鸟类以及其它东西的标本。他们积蓄了些钱，于一八四八年乘帆船出发到巴西去，在这里开始了从亚马逊河河口到里奥内格罗河汇流点的游览，并在一起工作了两年。当时在英国可以毫不费劲地销售一些国外的蝴碟和鸟类的搜集品。两位朋友把搜集品卖给一个经纪人，该人把这些搜集品运往英国，而他们用卖得的钱继续旅行。后来，两位朋友分了手。贝兹沿亚马逊河上游旅行，而华莱士则沿着亚马逊河的大支流里奥内格罗河的上游游览。
华莱士和贝兹把自己的旅行不只是看作谋生的手段。他们对调查热带自然的兴趣是完全出自内心的。华莱士在当时给贝兹的一封信中写道：“我很想得到并详细研究任何一个科，主要是从货种起源的角度进行研究”。华莱士同九个当地的向导沿着里奥内格罗河溯河而上，而后顺着里奥内格罗河的支流沃佩斯河来到了哥伦比亚。他沿着亚马逊河河谷往上游走比任何英国人都走得远，一直走到亚马逊河的河谷所在地。他甚至还看到了没有开化的野人。沿着亚马逊河河谷及其支流旅行四年以后，他决定带着丰富的搜集品回国。他打算把部分搜集品卖掉，而把其余的当作美洲各种动植物机体具有科学意义的搜集品展览出来。不幸的是，华莱士所乘的那艘返回英国的船失了火，把他的全部搜集品，素描画和珍贵的旅行日记都烧了。船上的人员和旅客，包括华莱士在内，都被救上小艇，并在大洋里漂泊七百海里，直到迎面来的船把他们收留，然后送回英国为止。
然而这些挫折并没有使华莱士屈服。在对他抱着同情的赫胥黎教授的帮助下，他顺利地得到另一次去马来群岛作长途旅行的政府津贴，华莱士在一八五四年从英国启程前往该岛。他在那里度过了八年时光，把大量的搜集品运往英国。他走遍了全岛，对大自然进行了多年的考察，这既为他很好地描写马来群岛的博物学（“马来群岛，一个拥有猩猩和极乐鸟的地方”）提供了材料，又为他的其它一系列著作（其中最著名的是两卷本的《动物的地理分布》）提供了材料。
当华莱士还在马来群岛工作对，就同达尔文有过信件关往，这是由华莱士在伦敦一家博物学杂志上发表的一编文章引起的。关于这编文章，虽然人们不大知道，但是，它是值得注意的，因为它说明了所谓达尔文“同华莱士的事件”的真相。这篇文章叫作《控制新物种出现的规律》，并于一八五五年在《博物学年鉴和杂志》上发表了。
文章所涉及的问题非常接近达尔文当时也在进行研究的问题。华莱士试图解决物种是从哪里以及怎样产生的问题。华莱士根据自己当时已有的丰富的个人经验和文献史料（其中占显著地位的是达尔文的《航海日记》得出结论：同种的大批动物居住在同一个地方或邻近的地方，也就是“相近性是同地理分布密切相连的”。他在古生生物方面也得出结论：同一个地质时期或相邻的地质时期的生物，以及在同一个地区遇到的生物彼此非常接近。他把总的结论表述为下列不太清楚的规律：“每个物种的出现在地理上和年代上是同非常接近它的物种和先于它存在的物种的出现相一致的”。第二个结论说：“物种是按照先前的物种的结构形成的”。由此可见，华莱士很明显非常接近生物进化的思想，但他害怕更为明确地把它表达出来。他认为，在地质上可以细心观察到生物的直线发展的情况，也可以观察到来源于同一本原（不是祖先）两三个分支起源情况。他接着写道：“这样绝灭的生物被新生物所代替，而这种遗传性就这样继续到现代地质时代，地球博物学最困难的同时也是最有意义的任务正在于此”。
他认为，在生物的地质序列中，只有最一般的特征才能得到完善，并且指出，软体动物门的最高纲——头足纲，以前占优势，而现在则让位于机能不太高的腹足纲和双壳纲，古时的鱼比起现代的鱼来，其完善程度要差。为了说明这些事实，他用树木作了一番比较：老橡树上一根长得很好的树枝可以干枯烂掉，而一根新枝可能很小，并且达不到老树那样完善的程度。值得指出的是，他把未得到充分发育的（即发育不全的）器官看作是后继的亲缘物种将继续发展的原始器官。
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