為了解決這些複雜深奧的問題，達爾文非常明智地遵循了賴爾在地質學方麵研究的範例，決定采用“將今論古”的方法，麵向現實，麵向實踐，來解釋物種起源和變化的原因。他首先選擇了家養動物和栽培植物這條生產實踐的道路，去探索奧秘。他廢寢忘食地進行了15個月的係統調查，經常和育種家、園藝家交談、通信，從他們那兒搜集各種家養動物和栽培植物的變異材料和培育方法。他親自參與實踐，認真考察了小麥、玉米等農作物的選育過程，親自動手搞移植實驗；仔細地分析比較雞、鴨、鵝、牛、羊、豬、狗、貓等家禽家畜各個品種之間的差異，還著重研究了各種家鴿品種之間的差異和起源問題。這些卓有成效的研究工作，終於使他得出了如下結論：物種在人工幹預下是能夠改變的，家養動物和栽培植物的各種優良品種並不是上帝為了恩賜人類而分別創造出來的，它們是人民群眾經過世世代代人工選擇的結果；物種在人為條件下能夠發生進化；具有明顯不同特征的品種可以起源於共同的祖先。接著，達爾文又進一步研究了“在自然條件下又是什麼力量在起選擇作用”的問題。他聯係在環球考察期間發現的各種現象，結合多年觀察實驗積累的大量事實，提出了“自然選擇”即“適者生存”的理論。他認為：“在複雜的生存鬥爭中，對生存有利的變異，就會使物種有比較好的生存和發展的機會；而對生存有害的變異，卻會使物種難於生存，甚至滅絕。自然選擇每日每時地在自然界檢查著生物最微小的變異，它像人工選擇一樣在起著汰劣留良的作用。”
1839年1月29日，達爾文同他相愛多年的愛瑪在梅莊教堂舉行了婚禮，那時他已經將近30歲了。婚後，愛瑪不僅非常體貼丈夫，而且熱情支持達爾文的科學研究，經常替他整理和抄寫科學論文。達爾文由於在環球考察期間飽經風霜，曆盡艱辛，在以後的40年裏身體一直不好。特別是從1841年開始，經常感到周期性胸悶、胸痛和暈眩。愛瑪對達爾文無微不至的關懷和照顧，增強了他戰勝疾病去完成自己偉大事業的信心和力量。
有關“進化論”的記載
1842年夏季，達爾文完成了《物種起源》的新提綱，總計231頁。這份提綱包括了後來正式出版的《物種起源》的主要內容。但他對此並不滿足，也不急於出版，而是堅持作進一步的補充。
《物種起源》第一版於1859年11月24日正式問世了。倫敦的幾家書店門口，人聲鼎沸，人們爭相購買剛剛出版的新書，1250冊書當天銷售一空。後來，增印的第二版3000冊也很快被搶光，就這樣先後共印了6版。達爾文的《物種起源》用極其豐富的資料，令人信服地證明生物界是在不斷變化的，它有自己發生和發展的曆史，現在世界上形形色色的生物都不是上帝的特殊創造物，而是“若幹少數生物的直係後代”，生物進化是客觀存在的事實，並且有規律可循。它們從簡單到複雜，從低級到高級，不斷發展、進化。這種發展和進化，不是什麼超自然力量幹預的結果，而是自然界內部矛盾鬥爭的結果。他用物種變異的普遍性，推翻了物種不變論的形而上學的觀點，有力地戳穿了千百年來流傳的“上帝創造萬物”的謊言。它在整個生物學領域產生了巨大而深遠的影響，完成了一次偉大的革命。