通過解釋，孟德爾消除了助手的疑慮。於是，他們從種子商那裏買來了34種不同的豌豆種子。經過兩年的測試，他們從中選取了22個穩定的品種作為實驗材料，這些品種都在它們的自花受粉形成的子代中表現出相同的特征。
四年的辛勤勞動換來的豌豆作材料是否真的合適？孟德爾又查看了英國人奈特，英國人戈斯和格特納的論文，這些以豌豆為實驗材料的論文又一次證明了豌豆是個好材料。老前輩克拉謝爾的“你一定會成功的”話語再次使孟德爾信心倍增。“對，就以豌豆為實驗材料進行研究。”孟德爾從書桌前激動地站起來，果斷地大聲說。這時已經是1856年的一個深夜了。
科學的實驗來不得半點虛假和懶惰。每年從春天到秋天，他天天全神貫注地監視著試驗，認真記錄著自己觀察到的豌豆的七個相對性狀，並且督促助手也認真記錄結果，自己與他進行對照，發現觀察結果不同，就重新觀察，確保所觀察記錄結果的準確性。有一次，生了重病的孟德爾已兩天未吃東西了，虛弱的他連站起來都比較困難，可到了觀察時間，他硬是讓另兩個同事架著他到試驗田中觀察記錄，直到昏倒在地上。正是這種堅韌不拔的精神使孟德爾積累了大量寶貴的科學實驗數據。
麵對八年時間積累起來的眾多實驗數據，具備紮實數學和物理功底的孟德爾沒有被紛繁無序的數據所困擾。他不僅吸取了前人妄圖一步登天的失敗教訓，而且天才地采取了由簡到繁，循序漸進的研究方法，並且精密地采用了統計方法來分析實驗結果。他決定先從一個性狀著手研究，在弄清一個性狀的規律後再研究兩三個性狀的規律。
對照、比較繁多的實驗結果，孟德爾看到具有一相對性狀的甲、乙兩個品種進行正、反交時，即不論是以甲做父本，還是以乙做母本，它們全部都表現出了同樣的結果。就拿高莖豌豆與矮莖豌豆間的雜交為例來說，不論是以高莖作母本，矮莖作父本或是以矮莖作母本，高莖作父本，它們雜交後全部的第一代個體，全部表現為高莖。以後子一代自交結的種子所長出的植株，除了大多數仍表現高莖外，又重新出現了少數矮莖。這是矮莖性狀在子一代裏仿佛暫時被隱藏了起來，直到子二代，它又重新出現。於是，孟德爾把那些雜交後在子一代中所顯現的性狀，如高莖、紅花、黃色子葉等叫做顯性性狀；把那些在子一代中暫時不出現，到子二代中方才重新出現的性狀，如矮莖、白花、綠色子葉等叫做隱性性狀。這樣孟德爾發現了性狀的顯與隱，但它們之間是否存在什麼內在關係呢？
於是孟德爾采用統計分析的方法對子二代兩種不同類型的個體數目進行了統計，這時他發現了一個令人驚異的結果，那就是這兩種類型的個體數都毫無例外地呈現出一特有的比例——顯性個體占3/4，隱性個體占1/4。先看種子形狀吧。子二代中顯性性狀圓形的共有5474株，隱性性狀皺形的共有1850株。兩者間的比例為2.96∶1，它十分接近於3∶1。再來看一下子葉的顏色，子二代中顯性性狀黃色的共6022株，隱性性狀綠色的共有2001株。兩者之間的比例為3.01∶1，它也十分接近3∶1。孟德爾驚異之餘，接著又一鼓作氣地完成了其他5個性狀的雜交實驗。奇怪的是在這些試驗裏接二連三地都在子二代中出現了同一個神奇的比例3∶1。孟德爾驚喜地把這個結果告訴了助手，助手不信，又把子一代、子二代甚至於子三代的數據認真計算了一下，結果是兩種類型個體間無一例外地出現了那個神奇的比例3∶1。
“子一代總是全部出現顯性性狀，而子二代又總是毫無例外地出現顯性性狀與隱性性狀間3∶1的神奇比例，這可能是偶然的巧合吧？”助手仍然用疑問的語氣對孟德爾說。
“不，絕對不可能。”孟德爾堅定地說，“我認為這種情況的發生應當是意味著它本身就是一種遺傳上的普遍規律性。”
“然而出現這種神奇比例的原因是什麼呢？”助手又一次問道。
“是啊，原因是什麼呢？”孟德爾又一次深深陷入了思考之中。