後來的幾年裡，達爾文的精力都集中在《物種起源》的書寫上。這期間，任何一本新出版的生物學著作，他都會細細研究，為自己的進化論尋找材料。他曾給虎克寫過一封信，在信中，分析了《馬德拉群島的昆蟲》一書，他認為華拉斯登在書中所列舉的事例非常有趣，只是書中的論述部分，空無一物，都是一堆沒用的假設。另外，對於島上昆蟲的無翼現象，他還進行了一番解釋。
這件事之前，因為得知養鴿愛好者們培育出了許多類型的種鴿。所以，他對鴿子一類的家禽產生了濃厚的興趣。他再次給福克司寫了一封信，這一次，他的語氣很俏皮，理由也很奇特，他是這樣寫的：
我這次寫信，是想請求您做一次觀察。我知道，您很忙，有一大堆事情等著做。但是，我也確信，對於我請求的事情，您一定能做到。因為這件事情，就需要您這樣的人來完成，對於一個無事可做的人來說，他是辦不到的。因為，只有您擁有諾亞方舟，整天跟那些可愛的動物朝夕相處。我相信，您這裡一定有鴿子，最好是扇尾鴿。我想讓您幫我留意一下，雛鴿在什麼時候，能夠完全長出的可以計數的尾羽。當然，我不敢奢望，在將來的某一天，可以看到一隻雛鴿……
接著，達爾文向福克司解釋，他正在寫一本書，需要收集一些有關物種不變性方面的事實。現階段，他研究的問題是，人工培育的品種成長到什麼階段會產生差異。
他繼續寫道：
為了研究的需要，我必須培育鴿子，培養之前還得前去購買雛鴿。養育鴿子，對我而言可是一件苦差事，絕對稱得上一個可怕的折磨。至於購買雛鴿，我必須得弄明白鴿子之前的生長發育情況，以免上當受騙。……所以，我還是需要您的幫助，哪怕是一些普通的鴿子也好。我會深表感激，因為我正準備製作鴿子骨骼，並比較和分析那些不同品種的骨骼。
在書信的下文裡，達爾文提到了一些初步的比較結果。比如，家鴨與野鴨相比，翅膀比野鴨小，而鴨蹼卻比野鴨大。
最後，達爾文從福克司那裡得來了出生一個星期和兩個星期的幼鴿，另外，還有一些年齡較大的老鴿。
不過，這些還是遠遠不能滿足達爾文的研究需要。同年五月，他想辦法得來了第一批良種鴿，後來，他一連加入了兩個養鴿學會，成為那裡的會員。在他寫給自己長子的信裡，他提到了這段經歷，他把那幫養鴿會員稱之為「一幫古怪的人」。
在鴿子身上，亞種（即次於種的一個種級分類等級）和變種的變現非常鮮明，而且很多樣，但是，它們的繁殖速度卻很快。因此，選用鴿子做研究對象，具有很強的代表性。很快，達爾文得出了結論：選配供雜交用的種畜，意義重大，但是，追究雜交的類型，意義不大。這點結論，在達爾文最初的《理論概要》中，有過一些的闡述。
後來，在寫給赫胥黎的信裡，他也提到了自己的觀點：
一天晚上，我正在一家小飯館裡，聽到了身邊養鴿愛好者的談話。有人說，貝爾先生用自己的球胸鴿同羅馬鴿進行了雜交。在座的人聽到這個滑稽的新聞後，都搖了搖頭，臉上露出神秘、驚恐的神色。是的，雜交的方式與改善品種關係不大。
由此可見，鴿子愛好者引起達爾文極大的關注。在讚揚一些優良的鴿子品種時，他喜歡引用養鴿專家——伊頓著作的話：「倘若你特別瞭解鴿子，你會明白，這個品種絕對是極品。若是讓一個精明而有教養的人失去這個品種，他一定會鬱鬱而終！」
1856年10月，他寫信對福克司說：「鴿子的詳細研究工作對我的幫助很大。從這些寶貴的事實裡，我明白了許多家養禽類的變異情況。」不僅如此，他還翻閱了許多舊著作，研究鴿子在各種群體中的逐步演變。除了鴿子，他還研究過家兔和家鴨，不過，在這些研究上，他的花費的時間明顯少得多。
在一些細小問題和瑣事上，達爾文也毫不懈怠。在此期間，他跟著名的家禽專家——捷格特邁耶爾頻繁進行書信往來。但凡是有疑問的地方，他就會找專家請教。這是達爾文的工作習慣。因此，在他的著作上，讀者經常能看到一些專家和權威人士的觀點。例如，虎克在植物地理分佈問題上很有建樹，達爾文就在自己這方面的手稿送給虎克審查。只要一天沒有得到虎克的認可，他的心就會一直懸著。
有一次，虎克在回信中駁斥了達爾文的論點，他認為生長在高山上的花，不一定就絨毛多、花朵大。達爾文看到虎克回信後，調侃地說：「高山上的植物，被虎克『剃了發』」。不過，對於虎克的這些建議，達爾文很重視。有時候，這些寶貴的建議，還會取而代之某種權威觀點。在達爾文寫給虎克的信中，曾出現這樣的話：「有時，我很鄙視自己正在從事的編纂工作，不過，我也知道，這是我鍾愛的研究工作中，一個不可或缺的部分。」
達爾文準備了一塊實驗田，在一邊長期種植作物；另一邊任其在十五年內自然生長。他對這塊地非常熟悉，什麼植物的數量增加了，什麼植物已經滅絕了，他都瞭如指掌。這項工作給他帶來了很大的樂趣。在這片只有六平方英尺的土地上，他傾注了極大的心血，還將其命名為「種子植物園」，甚至，他關心每一根的幼芽的命運。大量的幼芽在他的腦子裡，都有很深的印象，但是，許多死亡的幼芽更是他關注的焦點。他驚奇地發現，儘管一部分幼苗壓倒了另一部幼芽，導致了幼苗的死亡，但是，根本原因卻是因為蝸牛的爬行。
在達爾文寫給虎克的書信裡，可以找到一些研究資料：
三百五十七棵植物，死了二百七十七棵，大部分的死於蝸牛的爬行。
後來，達爾文去了慕爾公園療養。在此期間，他一直沒有停止觀察。他通過深入細緻的觀察，為論證《物種起源》中有關生存鬥爭複雜性問題，提供了有力的事例。
達爾文非常珍惜那些費心搜集的事實。他很用心地研究這些事實，並加以詳細地說明，最終還將這些說明逐一檢驗。
1857年6月5日，在書信的末尾，達爾文稱虎克為最好的朋友，並把他看成一個哲學家。在達爾文的生平裡，虎克確實是一位志同道合的好朋友。當虎克得知他在上古植物種類方面遇到困難時，立即寄給他需要的植物學書籍。
經過一段時間的研究，達爾文深信：在分部很廣泛的屬中，生物的變種和物種應當最多。為了驗證這一論點的正確性，他翻閱了各國的「植物誌」的資料。虎克還給他寄來了波魯的《法國中部的植物誌》和菲恩羅爾的《拉底斯本的植物誌》。1857年8月，達爾文已經翻閱了英國、法國、荷蘭、美國、新西蘭、印度還有馬德拉群島等許多國家和地區的「植物誌」，並非常認真地檢驗了自己的一些論點。但是，他仍然不太滿意，他寫信給虎克，請求他尋找德國和大俄羅斯的「植物誌」，另外，還請求他多找來一些植物誌著作，最好這些著作，對物種的劃分標準不一，有的粗略，有的細緻。
撰寫這部著作，需要極大的耐心，耗費極大的力氣。直到1859年5月，達爾文一共用了9個月時間，才完成大小屬內部物種的分佈和變化情況的研究，完成這一課題後，達爾文將手稿寄給虎克，請他幫忙審閱。
儘管達爾文的手頭掌握了大量的事實，但是，他仍然在不停地補充自己的資料庫。他也隨時向自己有聯繫的人尋求幫助，請他們幫忙解決問題。例如，在研究細小生物身上體現的返祖特徵時，福克司給予他極大的幫助，各種品種的馬、波尼馬、驢等背上的黑條紋和肩上的橫向條紋的分部情況都是他提供給達爾文的。
著手準備書稿期間，除了虎克，還有一個人同達爾文的聯繫很密切。他就是美國植物學家——愛沙·葛雷。1855年開始，達爾文就開始跟他互通書信，跟他探討一些植物學方面的問題。這位植物學家，出生於紐約州，比達爾文小兩歲。他是一個制革匠的兒子。儘管家境不好，但愛沙·葛雷非常出色，他順利地讀完了費爾菲爾德的大學，之後，又繼續攻讀了醫學。
愛沙·葛雷對植物學充滿興趣。為此，他還特意申報了大學的植物學夏季講習班。因為他對植物學的強烈熱情，植物學教科書作者約·托列依給過他極大支持。1834年，愛沙·葛雷出版了植物學著作《北美的禾本科和沙草科》。這本書問世以後，受到了歐洲學者的廣泛關注，他開始同歐洲的一些學者有了書信往來。後來，他以教授的身份出訪歐洲，並觀看了歐洲植物園，以及植物收藏品。同時，他也與一些知名的植物學家有了交情。
1838年，愛沙·葛雷前往英國訪問。他非常推崇達爾文的學說。對於一個虔誠的宗教徒來說，能做到這一點非常難能可貴的。在格拉斯哥的那段時間，他受到了虎克，以及虎克父親的熱情招待，並同他們一起探討有關植物標本集的問題。之後，他去了倫敦，也就是在那時，跟達爾文見了面。當然，他還有幸見到了其他多位植物學家和博物學家。這些專家在學術界都享有盛譽。
愛沙·葛雷完成了英國之旅後，他逐一拜訪了歐洲大陸的知名植物學家。這一次，他見到了施列登，這位細胞專家告訴他：通過對一些細胞進行實驗，他已經形成了一些細胞學的理論。
學術訪問結束後，愛沙·葛雷返回美國。沒過多久，哈佛大學給他發出了邀請讓他擔任植物學教授一職。由於他的努力鑽研，加之研究課題的選題新穎，內容豐富，他的課程在哈佛大學很有名氣。很快，他的研究成果在學界成了權威，他自然而然地成了美國植物學這一分支的領軍人物。
達爾文同這位植物學家的書信往來，大致也是這個時期。首先，達爾文給他寫了一封求助信。信的內容大致是這樣的：對於生物變異的問題，我已經作了幾年的研究，目前，對動物得出了一些結論，我想瞭解這些結論對於植物是否同樣適用。因此特來請您幫忙。
除此之外，達爾文還請求愛沙·葛雷為他提供一些美國高山植物的材料。
達爾文在提出請求的時候，多次表達自己的歉意。不過，愛沙·葛雷很熱心，不遺餘力地幫助達爾文解決難題。他不僅給達爾文寫了回信，寄去了美國高山植物的統計數據，還將自己新近出版的植物學教材一併寄給了達爾文。
當時，達爾文正在從事地理分佈和類型的種屬關係的研究，於是，他建議愛沙·葛雷在教材再次出版時，能在美國植物統計表裡新加一些統計內容，比如，美國本土的植物有哪些，從歐洲移植的有哪些，這些外來植物的原產地是什麼地方。
當然，達爾文所做的這些工作，目的只有一個，為《物種起源》一書做準備。他頻繁地向愛沙·葛雷詢問一些植物學方面的具體事例。
受達爾文詢問的影響，愛沙·葛雷撰寫了一篇名為《北美合眾國植物區系的統計》的論文。在收到這篇論文後，達爾文大為振奮。因為他發現，愛沙·葛雷得出了跟他相同的結論——大屬的物種，總是有著廣泛的分佈範圍。達爾文分析其他區域的植物分佈後，所得的結論和愛沙·葛雷不謀而合。
但是，愛沙·葛雷在給高山植物進行分類的時候，運用的是格陵蘭的論點，這一點，跟達爾文的理論有所背離。達爾文意識到這一點後，感到很不安。因為他總是堅持一個宗旨：理論聯繫事實。所以當他看到一個學者亞格西因為自己的取得一些成就，變得過分自信、目中無人時，相當反感。他曾經在寫給愛沙·葛雷的信中提及了這件事，當時，他是這樣說的：
最近，我從賴爾那裡聽說了關於亞格西的一件事，感到不可理解。他在爬蟲綱的研究上很有建樹，可以說是奠基人之一。但是，當他聽到一些跟他相左的意見時，他居然很傲慢地說：「我從來沒有想過這些，因為自然界是不會撒謊的。是的，我也想這麼說，我想對您重複一遍：自然界是不會撒謊的！」