在沃森和克裏克加緊研究的過程中，他們非常謙虛，善於吸收前人所研究的科學成就，開闊思路，不斷改進自己的工作。最初，他們設想，DNA是一個由三條磷酸糖鏈組成的螺旋型大分子。他們趕製了一個模型，然後邀請威爾金斯和福蘭克林來參觀討論他們的分子模型，結果發現把DNA的含水量計算少了，使DNA的密度變大，從而錯誤地把DNA分子結構定為三股鏈。沃森和克裏克第一次模型的建立便宣告失敗了。但他們並不灰心，仍大量地分析和研究各種資料，進行更深入的科學研究。當時有許多科學家的工作對他們啟發非常大。1952年7月，克裏克從正在劍橋訪問的美國科學家查哥夫那裏得知，從對各種生物的DNA成分分析證明，DNA所含的四種嘌呤和嘧啶堿基並不相等，但嘌呤和嘧啶兩類堿基之間的比例卻是恒定的。克裏克抓住這個重要根據，推導出在DNA分子結構中“堿基配對”的重要法則。克裏克還曾請求一位年輕的數學家對DNA分子堿基間的吸引力進行計算，從計算結果中他們認識到堿基分子並不是亂堆在一起的，而是通過氫鍵（一種化學鍵）相連，並且堿基相連是邊靠邊，嘌呤有吸引嘧啶的趨勢。特別是在1953年2月，沃森他們有機會看到了威爾金斯拍攝的非常清晰的X射線衍射照片。“這張DNA照片真是雪中送炭！”沃森寫道，“我看到照片的時候，不禁張大了嘴，心髒劇烈跳動。一這張照片恰恰顯示了一種螺旋線結構。”從這張高質量的照片中，他們很快得出了三點結論：
第一，DNA分子是一種螺旋形結構。
第二，這個螺旋直徑為2納米，大約每34納米完成一個螺距，由於相鄰核苷酸的間距是034納米，因此每個螺距包含10個核苷酸。
第三，這個螺旋必定含有兩條多核苷酸鏈，即是一種雙鏈形式。
沃森和克裏克根據以上分析，開始動手試製模型。在一個星期裏，這兩個人的腦子裏隻有DNA，甚至在電影院裏沃森還念念不忘他的神秘分子。DNA中脫氧核糖和磷酸相間排列成一條鏈子，位於DNA螺旋的外層。DNA中還有四種堿基——克裏克和沃森將它們簡稱為A、G、C、T。困難的是這四種堿基差別甚大，很難確定它們在模型中的空間位置。開始，沃森想以“同配”的方案，也就是嘌呤堿與嘌呤堿吸引配對，嘧啶堿與嘧啶堿吸引配對，實際結果是模型空間裝配不上。而A—T配對和G—C配對正好符合模型的空間裝配。
在這裏他們發現了新的堿基配對原則：即腺嘌呤（A）總是和胸腺嘧啶（T）配對，鳥嘌呤（G）識能和胞嘧啶（C）配對；而且由氫鍵聯係兩條排列無規則的堿基序列，每個堿基對有規則地排在螺旋中間。就這樣，新的DNA分子模型試製出來了。這個DNA分子模型既符合X光照片顯示的各種數據，又符合科學原理。新模型不但說明了嘌呤和嘧啶為什麼總是1∶1的原因，而且也為解釋遺傳物質怎樣進行自我複製和決定性狀找到了堅實的分子基礎。
當著名科學家布雷格爵士看到這個DNA分子模型時，他馬上變得像克裏克和沃森一樣激動起來。接著，威爾金斯也看到了這個模型，他也極為激動。威爾金斯和福蘭克林趕緊回到自己的實驗室，將這個模型與他們所做的X射線衍射照片資料做了比較，發現二者完全一致。這些科學家都準備公一布他們的發現，而此時，美國的鮑林仍在為探索DNA的結構努力工作著，可惜已經落後了。
在這一重大成果公布之前，化學家鮑林就已知道劍橋的科學家們在“競賽”中奪冠了。但他並沒有懊喪，反而為這一重大科學成果的取得而由衷地高興，他服從真理，承認自己所做的結構模型是錯誤的，並把自己的兒子送到劍橋，拜克裏克為師。鮑林表現出了一個科學家嚴謹的科學態度和高尚的情操。
1953年4月25日，沃森和克裏克在《自然》雜誌上發表了他們撰寫的論文。這篇論文文字簡練、樸素，隻有l500多字。但它向全世界宣告：生命科學中的重要生物大分子——DNA是一種雙螺旋結構。於是科學史上的一項偉大發現就這樣誕生了。
為什麼沃森和克裏克能在科學上獲得偉大的發現呢？堅實的基礎，廣泛的知識，大膽的設想，不斷的進取，團結協作的精神，虛心求教的態度……這些，大概就是兩位諾貝爾獎金獲得者的“竅門”吧！