這次航行對達爾文成為一個自然科學家，起了非常大的作用。“貝格爾”號可以說是達爾文真正的學校。
達爾文自己也曾說過：“‘貝格爾’號上的旅行在我的生活中當然是最重要的事，它決定了我的整個事業。”
各種新鮮事物強烈地吸引著達爾文，使他時時處在“非常驚奇”之中，不斷促使他深入思考：自然界這些高大的棕櫚、奇花異草、滿目珍奇的植物、千種彩蝶、萬類昆蟲究竟是怎樣產生的？開始他還是以傳統的神創論來解釋：形形色色的生物都是按照上帝的“偉大計劃創造出來的”，而且永遠不變。後來他對成千上萬的物種實地研究後，逐漸對主張物種不變論的神創論產生了懷疑。
特別是在南美的三個事實，對他產生了深刻的影響。所有這些事實都說明主張物種不變論的神創論再也解釋不通了。是迷信上帝創造世界萬物，還是尊重存在的科學事實呢？他的思想鬥爭達到了高潮。結果，正像恩格斯在《自然辯證法》中所說的：“上帝在信仰他的自然科學家那裏所得到的待遇，比在任何地方所得到的都壞。唯物主義者隻管說明事物，是不理睬這種名詞的。”達爾文終於擯棄了“上帝創造萬物並且永遠不變”的說教，而“物種逐漸變化”的大膽假說卻在他的頭腦中漸漸地確立起來。
在這次航行中，達爾文隻有一件不痛快的事情，那便是看到黑人被販為奴隸，以及奴隸主對奴隸的殘酷欺壓。
有一次因為這件事，他同船長菲茨羅伊吵了起來，並提出反對奴隸製度的意見：“如果英國是第一個徹底廢除奴隸製度的歐洲國家，那麼她是多麼的光榮呀！”“看到一個黑人而不對他發生親切的同情，這是不可能的事情，他們的表情多麼愉快、心地多麼坦白而誠實，身體多麼優美，而且肌肉多麼發達。”
達爾文除每天進行辛苦的考察，並用兩三個小時寫航海日誌外，還與在英國的科學界朋友保持通信聯係，這並不是一件容易的事情。要知道，當時還沒有郵遞係統。雖然有所謂的郵船經常往返於世界各主要港口與英國之間，但是要從“貝格爾”號所到的一些地方發信，卻要大費一番周折。達爾文的許多快件，是由在西半球進行其他科學考察的皇家海軍艦隻回國時帶走的，但絕大多數要過三個月才能送到目的地。
他寄給亨斯羅教授的那些信件最有意義。
在劍橋哲學會上，亨斯羅把達爾文寫的10封信內容作了摘要，向會員們作了報道，其中主要內容是地質學和生物學方麵的重要科學資料，同時讚揚了達爾文在南美洲考察和采集的卓越成績，並個人出資加工成《私人印刷品》的小冊子。“對來信所寫的意見，應當是這位考察家的初步設想，因為他尚需詳細考查其記述和研究其采集品，以力求科學上的精確性。”這是達爾文最早刊印的一篇論文。後來（1936年）倫敦昆蟲學會在《昆蟲學雜誌》上轉載發表了《達爾文先生給亨斯羅教授的書信摘錄——根據亨斯羅教授〈私人印刷品〉印刷》。這些信件引起了許多有學問的科學家的重視和注意。
塞治威克教授，也將達爾文給亨斯羅的這些信，摘要編成長篇論文，題為《1832—1835年測量南美洲東西兩岸時的地質筆記——兼述瓦爾帕萊索與門多薩之間安第斯山脈的橫斷麵》，引起了地質學家的強烈興趣。結果，在達爾文回國時，他驚奇地發現自己已被視為地質學家和生物學家了。
達爾文碰到需要進一步得到啟發的問題，他便毫不遲疑地向亨斯羅和塞治威克請教。他尤其想得到更多關於地質學實地工作的知識，以便訓練自己取舍研究對象的能力。
“這兒要幹的事情太多，”他寫道，“而時間又這麼少。所以十分重要的是，我不應該為搜羅那些不大可能增加我們現有知識的標本而浪費一秒鍾。”
盡管這樣，仍有一項浪費時間的運動他舍不得放棄，那就是打獵。他把許多鳥和小動物的其中一部分細心地製成標本，保存起來，增加他的搜集。也有相當一部分進了船上的食品貯藏室，用於改善平日單調的夥食，這受到大家的歡迎。但是過了兩年，達爾文感到連這點娛樂也不得不放棄了，此後的射獵一般都由分派給他當仆人的水兵來幹了。
離開巴西之後，“貝格爾”號在蒙多維的亞停留了很短的時間，然後駛向布宜諾斯艾利斯，在那裏，達爾文被介紹給聲名狼藉的胡安·曼埃利斯·羅薩斯（1793—1877年）將軍。他對達爾文特別優待，發給他一張到布宜諾斯艾利斯去的沿途通行證。羅薩斯是阿根廷一位皮革商人的兒子，後因管理牧場而成為大地主，為了抵抗印第安人而掌握軍權，後執政獨裁，他也很喜歡搜集動植物標本。他是個罪惡累累、貪得無厭的人，在他的17年獨裁統治期間，國家陷入流血與恐怖之中。善良溫和的達爾文居然喜歡他，叫人奇怪。更令人不解的是，當羅薩斯在一次革命中被擊敗而不得不逃亡英國、在索斯安普敦度其殘生時，達爾文曾同他會麵，仍對他態度友好。答案可能是這樣的：達爾文從來對政治不感興趣，如果當初沒有他那張通行證，達爾文就得不到沿途軍驛站的特別照顧。除了對他有感激之情外，更主要的是，達爾文看到了他的另外一麵——一個熱心的業餘科學家。
從布宜諾斯艾利斯出發，“貝格爾”號向南航行700海裏到達火地島。菲茨羅伊船長以前曾乘“探險”號到過這兒，現在他想在這裏完成他的考察。這個大島麵積約為4.8萬平方公裏，位於南美洲的最南端，是1520年麥哲倫發現的。在19世紀30年代，這個島大部分還未經勘察，因而給達爾文提供了很多珍貴的動植物標本，尤其是火地島的土著人的生活給他留下了深刻的印象。
就在這裏，菲茨羅伊麵臨著兩種抉擇，或者返回英國，或者繼續航行，冒險向西進入太平洋。他和達爾文都讚成後一方案。在正式得到海軍部的同意之後，艦長避開合恩角周圍波浪翻騰的海麵，而將“貝格爾”號駛入較為平靜的麥哲倫海峽。所謂麥哲倫海峽平靜，隻是相對而言，實際上也是比較危險的。經過八周的向北航行，並不時在智利海岸短暫停留，他們在瓦爾帕來索靠岸。
離開利馬後，達爾文航行到加拉帕哥斯群島，在那裏，發現了更多的在地質學方麵有趣的東西，並開始調查珊瑚礁的形成和構造。他還花掉相當多時間解剖蔓足亞綱動物並認真研究它們的習性。這一類海生動物包括無數種附著動物，特別是“鵝”類附著動物和“藤壺”（貝類動物）類附著動物。達爾文原來就用刮“貝格爾”號船身的辦法得到標本。達爾文在上船，便做了一個布囊，裝置在船尾，作為撈網，按期捕海生小動物，製成標本。他對蔓足亞綱動物的研究非常細致。引起達爾文研究興趣的是，在智利海岸邊他采集到蔓足類的一個奇特的種，它與其他同樣動物相異的特征是：常在貝類的殼上鑽出一孔，寄居在內。以後他又采集了不少這類動物標本，搜集有關資料，準備全麵研究它們的習性和形態構造。他後來說這項工作是“很有益處的，因為我必須在研究物種起源時論述自然分類的一些原則”。同時他還堅信，要作為一個名副其實的生物學家，必須經受長期嚴格而有係統的訓練。因此他就勇敢地把這項工作作為自我訓練的開端，這正說明了他有科學家的遠見和宏大的誌願。後來他用了五年的光陰，於1846年寫成了專題論文《蔓足亞綱》。當時雖在純科學界之外沒有引起什麼注意，但很快發展成為一部四卷的巨著，於1851年至1854年間陸續出版。
很難把這部書說成是他的主要著作之一，不過這是體現他徹底精神的優秀成果，以這種徹底精神，他研究了那些看起來可能是最瑣碎的題目。後來，人們常聽到達爾文對自己在這件工作上麵花了這麼多時間表示懊悔。但同時也不得不承認，當他寫作《物種起源》時，他發現對蔓足亞綱動物的研究是有價值的。正如赫胥黎教授寫給其子弗朗西斯·達爾文信中提到的，此書是“嚴謹的、一絲不苟的著作，其影響在令尊其後的著作中處處可見，並使他的作品免除了許許多多的細節上的微小錯誤”。
約半個世紀之後，傑出的植物學家約瑟夫·多爾頓·胡克爵士也對此談到另一種看法。他曾撰文讚揚達爾文從不容忍對較低級的科學工作者的指責。他補充道：“我一直把這種對科學工作中的雜務工以及對他們的勞動給予寬宏大量的讚賞，視為他品格中最高尚的品質之一……這種品質是在撰寫關於蔓足亞綱動物的專論過程中形成的。”
達爾文正在南美大陸考察時，塞治威克教授給什魯斯伯裏中學校長巴特勒博士的信中說：“現在，他（達爾文）正在南美洲進行著令人十分欽佩的考察工作，已經把大批如同無價之寶的采集品寄送回祖國。他出國去作探險旅行，對他說來，真正是世界上最崇高的事業。以前大家有些擔憂，唯恐他會變成一個懶漢，但是現在，他的性格將會固定下來，而且縱然是上帝收回了他的生命，他也將在歐洲的自然科學家中，獲得顯赫有名的地位。”巴特勒博士對他的考察成績極為讚揚，對他另眼相看，放棄了多年前對他所作的不正確的批評。
當海上生活快要結束時，達爾文接到他姐姐的一封信。
信上告訴他：塞治威克教授來看過父親，並且說達爾文可以躋身於重要科學家之列。因為達爾文寄給他和亨斯羅的一部分信件已經引起了許多科學家的注意，有些信件已經在劍橋哲學會上宣讀過。達爾文送給亨斯羅的那些化石，已經引起了古生物學家的重視。
實際上，這時候達爾文一生的事業已經完全決定了他是一位自然科學家，而決不會再回去做牧師了。“貝格爾”號上的航海旅行真正地決定了達爾文一生的事業。