于是，本来开开心心睡醒爽玩的达尔文就这样懵懵懂懂的接下来这样一门差事，殊不知命运的齿轮已经发生了转动。
达尔文最著名的故事就此展开，他参加了英国皇家海军的贝格尔号（小猎犬号）的环球探险（1831-1836），这次航行也正式成了他职业生涯的转折点。
航程的起点从英国南部的普利茅斯港开始。1831年12月27日，贝格尔号启程，经过大西洋，首先抵达了非洲大陆西岸的佛得角群岛。这里是达尔文考察的第一站，他在这里研究了岩石层的地质特征，并对该地区丰富的动植物进行了细致的观察。
接着，贝格尔号继续向南航行，穿越赤道，沿着南美洲的海岸线前行。到达巴西的萨尔瓦多之后，达尔文沉浸在热带雨林的丰富多样性中，记录了大量的动植物标本。此后，他们继续向南，前往阿根廷和乌拉圭，在布宜诺斯艾利斯及附近的地区停留，达尔文在此记录了当地的野生动物和化石。
随后，贝格尔号绕过了风暴多发的合恩角，来到了智利和阿根廷交界的巴塔哥尼亚荒野，这片荒凉的地区和之前所见的热带雨林形成了鲜明对比。在这里，达尔文发现了巨大的灭绝动物化石，这些发现引发了他对物种演化和地质变迁的深刻思考。
航行的下一站是“加拉帕戈斯群岛”，这也是整个航程中最为重要的停留地之一。1835年9月，贝格尔号到达了这个位于赤道附近的偏远群岛。达尔文在加拉帕戈斯群岛上停留了五周时间，细致研究了岛上的鸟类、龟类和爬行动物，尤其是不同岛屿上的“达尔文雀”，这些观察为他提出自然选择学说提供了重要证据。
离开加拉帕戈斯群岛后，贝格尔号继续穿越太平洋，驶向澳大利亚和新西兰。达尔文在那里考察了当地的动植物，并对新南威尔士的生态环境产生了极大的兴趣。
最后，贝格尔号经过非洲南部的好望角，穿越印度洋，经过毛里求斯和南非，最终在1836年10月2日返回英国。历时五年的航行结束，达尔文带回了大量的标本、笔记和观察记录，而这些积累成为了他提出“物种进化论”的坚实基础。
当时的达尔文作为船上自然学家，通过这次航行收集了大量的动植物标本。
他最重要的发现之一是在加拉帕戈斯群岛（Galápagos Islands），他注意到岛上各个岛屿的鸟类（后称为达尔文雀）有着不同的喙形，这让他开始思考物种如何适应各自环境。
有趣的是，达尔文和性格木讷，不懂人情世故，被一个小小的耐格里耍的团团转的孟德尔不同，他当时就十分擅长攀附关系，懂得如何利用他人资源。
在贝格尔号航行期间，他收集了非常多的样本。虽然他自己不知道怎么去评估如何去分析，会定期把标本寄给当时各个领域内最有名的科学家，绝对不寄给无名之辈，是达尔文的操守。他寻求这些大佬的意见，也广结善缘。
这些标本帮助他在科学圈里迅速出名。
通过与伦敦动物学会和地质学会的成员频繁交流，达尔文得到了当时最杰出科学家的支持。正是这种“标本外交”，使得他成为贝格尔号航行结束后，英国自然学界的知名人物。
尽管达尔文在航行中积累了大量的研究材料，但他并没有立即发表进化论的成果。
他回到英国后，竟然花了15年时间研究一种微小的海洋动物——藤壶。这一时期达尔文几乎将所有时间都花在观察、解剖和研究藤壶的分类和生物特性上。虽然这些研究为他赢得了专业学术界的认可，但他也因此推迟了对进化理论的正式发表。
达尔文对藤壶研究的“痴迷”也有些戏剧性。
一次他从石头上采集了大量藤壶样本，但回到家后发现忘记标记样本的具体采集地点，导致这些宝贵的样本成了“无用之物”。这是他在研究藤壶过程中的一个笑话般的失误。
达尔文一直因为谨慎和拖延，迟迟没有公开自己的进化论研究。
直到1858年，年轻的博物学家阿尔弗雷德·拉塞尔·华莱士给他寄来一篇论文，里面的理论竟与达尔文多年来构思的自然选择学说如出一辙。达尔文意识到自己的研究可能会被“抢发”。
有趣的是，华莱士实际上是受到了达尔文之前出版的著作的启发，并未意识到他已经在无意间步入了达尔文的研究领域。
面对这场“学术危机”，达尔文的朋友们，包括植物学家胡克（Joseph Dalton Hooker）和生物学家赫胥黎（Thomas Henry Huxley），力挺达尔文，并帮助他一起与华莱士的论文同时在伦敦林奈学会（Linnean Society of London）的会议上发表。
这一举动不仅维护了达尔文的名誉，也避免了潜在的“抢先发表”风波。达尔文和华莱士在这一事件中的合作和友谊，也为科学界留下了一个经典的学术合作典范。
但之所以简单的事情会变得如此复杂，完全是达尔文这个老六过于偷懒，研究成果脱了20年才发表的缘故。若不是华莱士不讲武德，偶然一头冲进了达尔文这个磨蹭之王的地盘，鬼知道这个磨蹭怪会拖多久。
尽管达尔文提出了伟大的进化论，但他的工作方式往往不够系统，甚至缺乏实验记录。
他在贝格尔号航行期间收集了大量的标本和数据，但许多样本却没有详细标注它们的采集位置或背景信息。这导致后来有些研究无法进行有效的追溯。甚至有人调侃，达尔文的理论凭借的是观察力和思维的巨大优势，而不是系统实验的数据支持。
1859年，《物种起源》正式出版，震动了整个学术界和社会。尽管遭到保守派的强烈反对，尤其是教会的批判，但达尔文的理论仍然逐渐获得了广泛认可。晚年的达尔文继续在自己的家中进行植物和昆虫研究，他的著作《人类的由来》进一步探讨了人类的进化问题。