後來，達爾文才知道，在中國的宋朝，就有人把一種帶朱紅色鱗的鯽魚放在缸裏飼養，由於生活環境改變了，魚就漸漸表現出各種形態上的變異，人們把不同形態的魚挑選出來，分缸飼養，結果變化越來越大，經過將近千年的不斷選擇，終於培育出現在的不同品種的金魚。
有一次，達爾文去參觀一個展覽會，這是英國政府為提倡培育動植物新品種而舉辦的。他在會上看到細毛羊、大白豬、鬥雞、飛鴿、跑狗和各種豔麗的花卉。這些群眾創造的育種奇跡，更加深了達爾文對人工選擇作用的認識：具有各種不同特征的動植物品種，可起源於共同祖先；它們在人工的幹預下，保留和發展了對人有利的變異，逐漸形成了人們所需要的新品種。達爾文把這種用人工培育新品種的過程，稱為“人工選擇”。
這個問題解決了，達爾文又向自己提出了另一個問題：那麼，生存於天然條件下的更大量的物種又是怎樣變化的呢？有沒有類似人工選擇的過程？達爾文繼續思索，甚至乘車的時候也在考慮著。
他想到北大西洋馬德拉島上的昆蟲，它們當中大部分翅膀退化，不能飛；而少數的翅膀卻特別發達。為什麼島上的昆蟲會有這樣的特殊類型呢？經過分析，達爾文明白了：原來，馬德拉島上經常刮大風，會飛的昆蟲，大部分被大風刮到海裏淹死了。隻有少數翅膀特別發達和爬在地上不善於飛行的昆蟲僥幸生存下來。經過許多年代，一般會飛的昆蟲漸漸滅種了，於是，島上隻剩下翅膀特別發達和不會飛的昆蟲。
他研究了大量的類似的例子，得出了結論：在自然界的確存在著類似人工選擇的過程。他認為任何一種生物，它產生的後代，不可能都是完全一樣的，多少總有些變異，其中有些變異是可以遺傳的。另外，生物必須跟生活的環境作鬥爭，才能生存和傳留後代。在鬥爭的過程中，那些產生了有害於生存變異的，就會被淘汰；那些產生有利於生存變異的，就會被保留下來。也就是說，一種生物產生的後代，能夠適應環境的就生存下來；不能適應環境的，就被淘汰了。他把這個過程叫做“自然選擇”。他認為現代生存的各種各樣的生物都是由少數原始生物，經過很長很長時間的變異、遺傳和自然選擇的過程，從低級到高級，從簡單到複雜，逐漸進化來的，而決不是什麼上帝創造的。他把這個思想告訴了他的朋友賴爾和霍克以及他的哥哥，並且說：“我要寫一本《物種起源》！”
達爾文開始寫書了。在緊張的工作中，一個又一個的困難和意外事件向他襲來！1856年6月，當他寫到第十章的時候，他的小兒子患了可怕的猩紅熱，達爾文清楚地記得七年前慘痛的一幕：正是這種疾病，奪去了他心愛的小女兒——年僅10歲的小艾莉的生命啊！達爾文含著淚水，痛苦地傾聽著耳旁回響著的小兒子的呻吟和妻子的哭泣……不久，孩子就永遠離開了他！親人死亡的痛苦揪住了達爾文的心。他忍受了極大的悲傷，懷著把畢生精力獻給科學事業的無比熱情，頑強地堅守在為人類工作的崗位上。
1858年夏天，又遇到了一件意外的事。
三年前，達爾文結識了一位朋友，名叫華萊士，他從僑居的馬來群島郵來一篇論文：《論變種無限地離開原始型的傾向》。達爾文打開一看：頓時驚住了！華萊士的觀點和他的著作竟如此“驚人地相似！”他說：“即使華萊士手中有過我在1842年寫出的那個稿子，他也不會寫出一個比這手稿更好的摘要來，而現在甚至他用的術語都成了我書中章節的標題。”
麵臨這樣的現實——隻要他推薦，華萊士就將搶先得到發明權了！雖然華萊士在信裏隻是寫道“如果您認為這篇文章有價值的話，請您轉給賴爾看一看。”但是正直和忠誠的達爾文卻決定：放棄自己二十年來的研究成果和停止大規模的寫作，單獨發表華萊士的文章。
然而，熟知達爾文研究成果的賴爾和霍克認為這樣做是不公平的，最後，在他們的倡議下，達爾文才把華萊士的論文和自己的提綱於7月1日晚同時在“林奈學會”上宣讀了。會場上，許多進步的自然科學家滿懷喜悅地聆聽了這種嶄新的進化論學說，而持“神創論”觀點的人，盡管感到厭惡，卻不敢出來反對。會後，達爾文在賴爾和霍克的鼓勵下，重新拿起筆杆，繼續《物種起源》的寫作。又經過十多個月的努力，凝集著達爾文二十多年心血的科學巨著——《物種起源》終於與讀者見麵了。
向偽科學宣戰
達爾文創立的進化論，鋒芒指向了神聖的上帝。《物種起源》像一顆炮彈落在神學的陣地上，使教會驚恐萬狀，猶如麵臨著滅頂之災。於是，他們利用所操縱的神學院等場所進行惡毒攻擊和瘋狂的咒罵。恐嚇的信件像雪片似地飛向了達爾文。
1860年6月30日，英國教會在牛津大學精心策劃了一場辯論會，牧師和教士們的反動氣焰十分囂張，他們叫嚷要“圍剿‘進論論’，打倒達爾文。”“撲滅邪說，拯救靈魂”，妄圖把這一場科學史上的偉大革命鎮壓下去。