失敗並沒有使達爾文喪失信心，他仍然不厭其煩地繼續工作，繼續各種新的實驗。為了弄清植物方麵的問題，他不光同虎克商議、探討，而且還向其他植物學家請教。這期間，他聯係最多的就是美國植物學家愛沙·葛雷。
愛沙·葛雷出生於紐約洲，比達爾文小兩歲。他大學讀書時成績非常出色，尤其熱衷於植物學。1834年，他出版了《北美的禾本科和沙草科》一書，由於這本書，他開始同一些歐洲學者通信，此後又以教授的身份到了歐洲，觀看了歐洲的植物園和各種收集品，並同著名的植物學家建立了私人關係。在倫敦，他結識了羅伯特·布朗、奧溫、植物學家林德雷和其他許多博物學家。愛沙·葛雷剛剛返回美國，就被聘為舊哈佛大學的植物學教授。因為他努力鑽研植物學的課程，內容講的新穎、豐富，很快成了美國植物學家的首領。
達爾文十分欽佩愛沙·葛雷這位精力充沛的植物學家，並且主動與他進行通信交往。達爾文在第一封信裏告訴愛沙·葛雷，自己從事研究生物的變遷已經好幾年了，已經對動物得出了一些結論，懇切地征求愛沙·葛雷對他的結論意見，同時表明自己對美國高山植物非常感興趣，希望他能提供一些資料。愛沙·葛雷收到達爾文的信後，非常樂意地答複了他所提出的要求，除了寫信和郵寄美國高山植物統計表外，還把自己的新版植物學課本寄給了達爾文。達爾文當時正致力於地理分布和類型的種屬關係問題的研究，因此建議愛沙·葛雷在課本再版時，能在美國植物統計表裏，指出哪些植物是當地的，哪些植物是從歐洲移植過來的，還要指出這些植物的產地在哪裏，他感興趣的還有各種植物區係“相近的”物種，他請葛雷為他指出這樣的物種，哪怕是在舊的校樣裏指出也行。
愛沙·葛雷由於受到達爾文詢問的影響，撰寫和刊出一篇《北美合眾國的植物區係的統計》。達爾文在收到這篇論文後，對愛沙·葛雷所做的關於大屬的物種總是有著廣泛的分布範圍的結論非常高興。因為這個結論同達爾文從分析其他植物區係所得的結論以及他的理論觀點是一致的。與葛雷在學術上的頻繁交流，更加激發了達爾文研究植物的熱情，然而，堅持不懈的工作，使他的健康狀況惡化了，他不得不放下手裏的工作，到慕爾公園的溫泉療養院進行水療。醫生告訴他必須多散步，多吃飯，少思考。他自己也下決心絕不思考“鳥獸是怎樣形成的”這些問題，而實際上他根本無法忘記自己所關心的理論問題。這期間，他除了盡量充分休息外，還常常寫信，與各方麵的專家、學者圍繞物種起源問題進行不間斷的探索，為盡可能完整地闡述進化論觀點，做著積極的準備。
1858年，他開始寫作《物種起源》，隻用了一年多的時間，就完成了這部震驚世界的名著。
1859年11月24日，倫敦幾家書店門庭若市，人們在爭相購買新出版的《物種起源》，1250冊一天之內銷售一空。整個英國受到了達爾文進化論的衝擊，刮起了“達爾文旋風”。
《物種起源》一書詳細地介紹了達爾文的進化理論。他推翻了上帝創造萬物的宗教學說，認為生物都是從低等到高等逐漸進化而來的。在自然界中，可利用的生存空間是有限的，各種生物為了食物，進行著你死我活的競爭，也就是永恒的生存鬥爭。最能適應環境的就能夠生存下去，而其他的就要死亡。這被稱為“適者生存”。但是，隨著時間的推移，環境也隨著變化，因而生物也隨著變化。就是說，從一個種類演化到另一個種類，以便在新環境中生存下去，這被稱作“自然選擇”。
《物種起源》的出版是自然科學史上的一個最重大的事件，它成了19世紀絕大多數有學問的人改造世界的開端。世界上的萬物不是上帝創造的，而是地球上的原始生物不斷繁衍進化而來的，達爾文為此收集了不少事實。《物種起源》為科學界提供了駁不倒的證據，它還用變種和選擇的觀點來解釋化石、地質分布、發育不全的器官、胚胎學上的類似和分類等。
進化的學說不是達爾文首創的。但是，達爾文卻提供了有力證據，豐富了進化學說的內容，從而在科學的基礎上建立了自然選擇的物種起源說。
達爾文理論對於生物科學，就像哥白尼革命對於宇宙科學一樣，它將人們引向了一個正確的研究生物科學的途徑，刺激和鼓勵著人們在此基礎上再去實驗和觀察。它的影響是全社會都感覺的到的。《物種起源》是不朽的，達爾文的名字也將永垂史冊。
《物種起源》的出版，立即在社會上引起了轟動。不過這種轟動主要是反對，而不是讚同。教會的大小牧師一片咆哮，科學界的保守勢力一片叫喊。
極力維護神學的教士們，斥責達爾文的進化論是異端邪說，叫嚷著要“打倒達爾文”，“撲滅邪說，拯救靈魂”。
在科學界，那些保守的科學家也加入到攻擊達爾文的行列。號稱生物學界權威的歐文，原來是達爾文的好友，也成為反對進化論的代表人物。甚至連達爾文的地質學老師都說他的學說是荒唐的。
真理是不可戰勝的，達爾文學說終於被越來越多的人接受。
《物種起源》一書建立了自然選擇的物種起源說。這本書的出版，使達爾文的名字不但可以同牛頓的名字並列，而且他的工作將永遠被看成是19世紀自然科學的最大成就之一。
《物種起源》一書出版的這一天，不隻是在達爾文的個人生活中具有重大意義，這也是19世紀50-70年代大批有學問的人對生物界的觀點和對人在生物界中的地位的觀點開始轉變的一天，這種轉變就像哥白尼在16世紀因指出地球在宇宙中的位置而實現的轉變一樣。然而，在此之前，為捍衛達爾文主義這一進化論學說，曾不得不進行了10年的尖銳鬥爭。在10年的鬥爭過程中，達爾文的思想以及達爾文本人，曾經不斷地受到攻擊，這些攻擊常常是粗暴的，惡毒的和不公正的。達爾文的為人一向很溫和，甚至對自己的對手也十分彬彬有禮，他並沒有和反對者進行針鋒相對辯論，而是以他那部不斷地發行新的版本和譯本的出色著作《物種起源》，不知不覺，不聲不吭地擊敗了各個對手，說服了那些動搖分子，在越來越多無私地尋找真理的人們中間，為自己爭得了許多朋友和信仰者。
“風格則是人的本身”，這是一位早期進化論者，達爾文的一位前輩的名言。那麼，《物種起源》一書是以怎樣的風格體現達爾文本身的風格呢?賴爾教授的評價是：“整個書就是一個長的論據，它被用來論證整個進化論理論，特別是用來論證對這種進化原因給予最完美的說明的自然選擇理論。”達爾文所闡述的觀點是以事實為依據的，他認為，人們通過對種公畜的人工選擇，或者通過對留作種子用的最接近理想的植物的育種選擇，能夠培育出許許多多家畜的品種或數千種栽培植物的亞種來。他證明，由於變異和遺傳，人們能夠獲得這些結果。由於變異，也就是說，由於一對動物的後代，或者由同一個菜的種子生長出來的植物，彼此之間略有區別這種情況，選擇是可能的；而由於遺傳，即經常看到的親本將特性傳給後代這一情況，通過選擇優良的植物種子，就能夠獲得具有這些改良特性的後代。
達爾文在寫作《物種起源》時，一時一刻也沒有忘記書的基本目的是要讀者相信，各種類型的物種借助於自然選擇而進化的觀點，優越於每個物種是由創造而產生的舊觀點。因此，每一個前提和結論，達爾文都必須極其嚴肅認真地和最有說服力地加以論證，並用一些實例證實。達爾文以他自己飼養的家鴿為例，來證明人工選擇能夠引起各種之間的差別。從家鴿腿的長度，喙的長度和形狀，尾羽的數目、腿部羽毛的差別和頭部羽毛分布的差別，可以把家鴿劃分為不同的物種，甚至不同的屬。由此，達爾文證明出家鴿是起源於一個野生種——岩鴿。同時，為了使讀者能夠比較容易地抓住全書的思路，不僅在緒論中做了扼要地敘述，而且幾乎在每一章的最後，都有一句看來是達爾文特別精心編寫的結束語，在這句結束語裏他再一次對有關選擇和進化的思想加以強調，以便進一步提醒讀者。
《物種起源》一書以深入淺出的論證，平白如話的敘述，使眾多讀者很快地就在一定的廣度和深度上承認了達爾文的學說。於是就出現了一些全部接受達爾文理論的狂熱的崇拜者。植物學家華生寫信給達爾文說：“您的主導思想，即‘自然選擇’，一定會被當作科學上的確定真理而為人們所接受。它有一切偉大的自然科學真理所具有的特征，變模糊為清晰，化複雜為簡單，並且在舊有的知識上添加了很多新的東西。您是本世紀的、甚至是一切舊世紀的博物學家中最偉大的革命者。”也有一些人覺得，盡管物種起源的基本理論還存在一些細小的弱點，但這一理論的意義是不容否認的。他們從這個基點出發，按各自的設想，提出很多補充性的意見。雖然這些意見中有些與物種起源的理論觀點距離很遠，但達爾文對這些善意的、友好的建議，始終都是以虛心的，誠懇地態度去聽取，去接受。
達爾文晚年時已譽滿天下，金錢富足，但他視金錢名譽為身外之物，從不放棄科學研究。他的《物種起源》被譯成了53國文字，在全世界傳播。他獲得的獎章、獎金多得無以計數。