就這樣，細菌在科赫的手下，變得服服帖帖。科赫從培養細菌入手，設計了培養基，處理細菌的各種器具、細菌染色法、細菌攝影法。這一整套研究細菌的方法，為後代研究細菌，提供了十分方便的條件。
緝拿元凶
科赫在當時成為最著名的細菌征服者，他發現了細菌王國裏許許多多的秘密。
33歲這一年，他開始研究一種叫炭疽病的病原菌，即炭疽杆菌。他發現，當外界環境不利時，炭疽杆菌會變成一種孢子，即在細菌體的外表形成一層殼。孢子能抵抗惡劣的環境，諸如嚴寒、酷熱、幹燥等等，它都不怕。這樣不吃不喝，能活上幾年，甚至還能抵禦煮沸的溫度。到了環境適宜時，它就從孢子上長出新的杆菌來，並能繼續興風作浪。
科赫指出，炭疽杆菌就是使人和家畜患炭疽病的元凶。這是人類第一次證明一種病菌引起人體疾病，明確疾病與細菌之間的因果關係。
從這一年開始，科赫與他的同事們不停地向細菌王國探索，找到了許多秘密：1880年，他們找到了引起人體患傷寒病的病原菌——傷寒杆菌；1881年，他們發明了利用蒸汽的方法，殺滅病菌，達到消毒的目的；1882年3月24日，科赫在柏林生理學會上宣布，他已經發現引起人體患結核病的結核杆菌。
這期間，德國政府把他吸收到帝國衛生局工作。這樣，他就有條件放棄他為人看病以謀生的業務，可以專心一意地從事他研究細菌的工作了。
1883年，東方有許多國家流行霍亂病，其中，埃及、印度為最厲害。人們求援於科赫，希望他能研究出一種對副霍亂的辦法，因為這種病的確太凶猛了，死傷的人無法計數。
德國組織了一個“德國霍亂研究委員會”，由科赫率領，奔赴霍亂現場。沒有無畏的精神，人們是不敢冒這種風險的。科赫的同事、法國人杜列奧正是在這一次遠征中，染上了霍亂，獻出了寶貴的生命。科赫深受這位同事言行的感染，他決心深入研究，早日緝拿霍亂的元凶。
不久，他成功了。他從霍亂病人腸道內排出的白色液體中，成功地培養出霍亂病菌。經過他辛勤的努力，最終使霍亂病菌現出了原形。這種病菌在顯微鏡下呈略微變曲的形狀，渾身還長滿了細長的纖毛。人們給它起了霍亂弧菌的名字。科赫還進一步提出如何預防霍亂等措施。為此，德國政府特為他頒發了高達10萬馬克的獎金。
此後，科赫還接連不斷地研究各種病菌所致的傳染病，其中有瘧疾、睡眠病，還有鼠疫。他奔忙於埃及、印度、爪哇、意大利、非洲這些地方。他帶領了一支突擊隊，哪裏傳染病的情況緊急，他們就在那裏出現。人們稱它為“瘟疫消防隊”。
他在鼠疫研究方麵的貢獻很大。當時，鼠疫在歐洲極度猖獗，有時使整個城市覆沒，死傷者無法統計。科赫冒著極大的危險，告別親愛的家人，向流行疫區進軍。
“不入虎穴，焉得虎子”。科赫在疫區做了深入的研究，他發現人體所患的腺鼠疫是由鼠蚤的叮咬引起的。後來，他又深入到非洲的叢林地區，在那裏，他研究了回歸熱，發現回歸熱是由壁虱傳播的。對非洲流行的奇怪的睡眠病，他也做了深入的觀察，提出它是由一種特殊的昆蟲叫采采蠅的螫咬引起的疾病。
科赫勇敢地向傳染病進軍，向細菌王國進軍，不斷地發現傳染病的元凶，不斷地揭露細菌王國的秘密。
最高獎賞
在科赫與細菌打交道的生涯中，最為精彩的一幕要算是他與結核菌的戰鬥了。
結核病是一個曆史相當悠久的疾病。在當時把許多疾病與細菌掛鉤的日子裏，人們自然地認為結核病的元凶也是細菌。科赫按照平時研究細菌的方法，也就是使用培養、染色、照相等等方法，都沒有取得成功。種種跡象使科赫相信，結核病的元凶必然還有其他細菌，隻不過這種細菌比一般的細菌來得特殊，需要加以特殊處理罷了。
科赫經過無數次的試驗，最終找到了給結核病菌“穿衣服”的辦法。原來，一般普通細菌隻要用苯胺一類染料，就能現出其原形了。可是結核病菌卻不吃這一套，普通苯胺不能染色。科赫終於摸索出一套新的辦法，就是用美藍這種染料加上乙醇酒精的溶液來染色，還需經過整整一天一夜，然後加熱到40°C，放1小時左右，再用別的化學藥品(如卡波品紅)去褪色。在一般情況下，普通細菌及組織染上的顏色都會褪去，變成棕黃色，而結核菌具有抗酸的能力，它不褪色。這樣一來，隻有它才能染成藍色，一眼就能看得出來，它是一種長條形的杆菌——結核杆菌。因為它有抗酸的能力，所以又叫抗酸杆菌。
科赫就是在這樣艱苦複雜的工作條件下，在1882年宣布他發現了結核杆菌的。
為了證實人體與動物的結核病都是受結核杆菌侵襲的結果，科赫設計了一套極為嚴密的論證方法。他發現，有一些動物很容易受到結核杆菌的侵害，其中主要是豚鼠。他首先從患結核病的組織中，取出一些組織，放在實驗室裏培養。經過精心培養後，從培養物中，科赫用染色的方法證明它們是結核杆菌。然後，他把這些培養物提取出來，注射到健康動物體內。受注射的豚鼠過不多久就得病了。它們的病狀與患結核病的病狀一模一樣。接著，科赫把患病的豚鼠殺死，把有病的組織拿去培養，然後從培養出來的組織提出物中，用染色法檢查，直到找到與原先患病動物組織中找到的細菌相同的病菌為止。
這個全過程，叫做科赫氏假設，它包括：
患病動物組織培養證實致病微生物注射到健康動物體內引起同樣病症取出被接種的患病動物組織組織培養發現與原先發現的同樣細菌。
這個假設，後來成為細菌學中不可缺少的一個公式，可以用它證明某一種疾病是由於某一種病菌引起的。
在科赫以前，人們對癆病，也即結核病沒有統一的認識，對最常見的結核病，即肺結核，給它起了種種病名，有“慢性肺炎”、“肺尖卡塔爾”、“肺尖肺炎”等等。
經過科赫的研究，這些都是肺結核，是結核杆菌引起的。從那以後，這些雜亂的病名就不再用了。科赫還正確地指出，結核菌不僅能侵犯肺髒，還能侵襲其他各種人體組織，這些組織包括腸子、骨骼關節、腎髒、皮膚、淋巴腺，從而導致腸結核、骨結核、關節結核、腎結核、皮膚結核和淋巴結核。不僅如此，科赫還致力於研究治療結核病的方法。他設法從結核杆菌中提取出一種結核菌素，他先把這種結核菌素在試管裏試驗，又在實驗動物上試驗，看它是否能治療結核病。可惜的是，經過一再驗證，結核菌素並不能治療結核病，但人們從科赫這個研究中得到了兩個啟示：一個是對任何傳染病的治療，必需先在試管裏試驗，然後再在患同樣疾病的動物內試驗，在取得肯定的結果後，才能過渡到人體治療。另一個是人們以同樣的原理，提取了抗白喉菌的血清，對於治療白喉病十分有效。
科赫在結核病方麵的研究，大大超過他在其他傳染病方麵的成就。為此，瑞典的卡羅琳醫學院以1905年的生理學和醫學的諾貝爾獎授予給科赫。這是世界上在自然科學方麵的最高榮譽。科赫成為現代的細菌學之父，他為現代細菌學製定了一整套的規範。這套規範一直到現在仍然為細菌學，特別是實驗室裏的細菌學所遵循著。其中包括細菌固體培養基、蒸汽消毒法、染色法、照相法以及塗取細菌培養液、玻片染色法等等，這些都是科赫當年所製定的規範。
科赫在1910年5月27日去世，享年67歲。他的骨灰安放在柏林傳染病研究所，而他用過的那台顯微鏡，仍然作為珍貴的文物珍藏在柏林大學。