有一點我們一再強調，《物種起源》一書只是一部鴻篇巨製的一部分，其作用相當於摘要。這本書也許只代表一種宣言，它將達爾文的學說告知世人，並為學說裡的一些觀點提供一些方便讀者理解的說明和事例，但是，並沒有展開證明。因此，針對這些觀點，誰都可以用大量其他的例子加以闡明，這些例子但看起來，似乎有些道理，甚至可以駁斥一些論點。
由於在達爾文的著作裡並沒有充分體現二十年來搜尋的材料，所以達爾文除了再版《物種起源》外，還將精力集中在一些別的著作上。在他看來，這些著作詳盡地闡釋了《物種起源》中粗線條勾勒的部分。
《動物和植物在家養下的變異》一書，是達爾文遠大計劃的開端。在他的計劃裡，選擇論和進化論以及各種表明「贊成」或是「反對」的理論事實都要被提及。因此，瞭解達爾文心思的俄國著名古生物學家——弗·奧·科瓦列夫斯基，在出版他的俄譯本《動物和植物的變異》時，添加了一個小標題：《物種起源》第一部。這個標題，在英文原著中是不存在的。
然而，自然選擇理論的抨擊者們，尤其是認為選擇不能說明生物構造的一些人們，認為這些細小的差別是毫無用處的。不過，在達爾文眼中，引證一些例子來解釋極細小的器官的功用，是一件很有意義的事情。達爾文在蘭科植物的花中找到了這種類型的例子。於是，這些花朵和花朵中憑借昆蟲授粉的器官，引起他的極大興趣，最終他完成了一本小書，名為《蘭花借助昆蟲傳粉的各種器官》，該書在1862年經由穆瑞之手出版。
早在18世紀，植物有無性別這一問題是人們爭論的焦點，一直19世紀初，這一論爭才宣告結束，人們開始承認花有雄性和雌性之分。可是，就花朵的授粉問題又開始出現紛爭：在卡麥拉利斯看來，雌雄同體的花是自花受粉；而考爾魯特則首先主張許多花只有憑借昆蟲傳粉。他還強調，只有可以釀蜜的花朵才能引來昆蟲。
其實，早在1793年就出現過一本這方面的專著，書名為《在花的構造和授粉中揭示出來的一個自然秘密》。該書的作者是斯白倫格爾，他是一位中學教師，在書本裡仔細地闡釋了這一問題，還細緻地描述了花朵中各種由昆蟲傳粉的器官。遺憾的是，該書問世後影響力不大。後來，英國大植物學家羅伯特·布朗發現了此書。儘管在他看來這本書中存在有空想的成分，但是他認為書本多少會對達爾文起到一些幫助，就把此書推薦給他。
早在1839年，也許可以追溯到1838年夏，達爾文就開始注意到花朵依靠昆蟲進行異花傳粉的現象。1841年，達爾文帶著極大的興趣開始閱讀斯白倫格爾的著作，在他看來，儘管此書存在一些無稽之談，但是瑕不掩瑜，全書散發著智慧之光。不過，達爾文對植物憑借昆蟲傳粉問題的興趣，也是由來已久。1857∼1858年，在《園藝者紀錄報》上曾刊登過達爾文發表的兩篇文章，文章談及的就是這類問題。那是，達爾文曾得出這樣的結論：「有一些花朵，它們的器官十分巧妙，這些器官可以預防柱頭得到自己的花粉，看來，要想解釋這一現象只能用雜交比自花授粉更有利這一理論。」
1860年夏天和1861年夏、秋兩季，達爾文饒有興趣地研究起花憑借昆蟲進行傳粉的器官來，其中，他重點研究了蘭花的傳粉器官。
1860年6月，達爾文給虎克寫道：「您之前說，在植物中，很難見到這種類型的器官。我最近對歐洲的一種普通紅門蘭屬進行首次研究，結果表明：花朵的每一部分器官都是十分精緻的，而且很容易區分。這些器官比啄木鳥的一些器官還要精緻得多。」
在達爾文這本書裡除了描寫各種紅門蘭屬的傳粉器官後，還描寫了其他蘭花科，比如英國的和熱帶的蘭花，這些蘭花的傳粉器官很特別。在此之前，羅伯特·布朗曾針對蘭花的結構提出的一個簡單的示意圖。在達爾文看來，這個示意圖是研究蘭花花朵構造的基礎。之後達爾文在羅伯特·布朗的基礎之上，對蘭花的各個細小器官進行研究，最終他認為蘭花花朵是由十五種分工不同的器官組成的，儘管這些器官變化很大，甚至變得越來越細小。
接著，達爾文針對兩種器官的蘭花進行大量的研究。其中，一種蘭花能夠通過昆蟲把一朵花的花粉傳到另一朵上；而另一種蘭花則不會讓花粉落到同一朵花的柱頭上。通過對蘭花的構造研究，以及對這些蟲媒花異花傳粉器官的深入瞭解，達爾文為物種起源學說找到了充分的事實依據。另外，達爾文也得到了另一個結論：即使那些看起來很微小的變化，都是很有益處的。
更早的時候，達爾文因為沉迷於蘭花的研究，他稱自己是一個有惰性的人。當時，他的主要工作是寫作「巨著」，而對於蘭花的觀察，在那個情況下就變成了次要的觀察。不過，這種觀察讓達爾文覺得身心愉悅。對於此事，達爾文曾這樣寫道：「對我而言，觀察比寫作有趣得多，但是，這種想法讓我覺得很慚愧。此時，我最應該做的事是把精力放在研究公雞、母雞和鴨的變種上，而研究蘭花這個課題，看起來有些不務正業。」
不過，有一點我們需要特別指出：達爾文一直到生命的盡頭，對於蘭花的熱愛依舊有增無減。在達爾文去世前的第九天，也就是1882年4月10日，他曾經給托德教授寫過一封信。這封最後的信件談及的就是蘭花研究一事。他是這樣寫的：「您寄來的那本關於蘭花的著作，我已經拜讀過了。書中提到的一些蘭花品種我很有興趣。現在我想麻煩您一件事情：如果方便的話，請用盒子給我郵寄一些您書裡面提及的蘭花種子。我想親自培育它們，觀察花朵的生長情況，並專門針對花朵做一些實驗。」
事實上，達爾文之所以鍾愛蘭花研究工作，不僅因為蘭花構造美麗、奇異，而且還有更重要的原因——在證明自然選擇能夠影響生物的細小器官時，蘭花是一個很有利的事實證據。
對於如何出版《蘭花》一書，達爾文有些猶豫不決。最初的時候，他想到以論文的形式在《林綱學會會報》上發表，之後，他改變了主意，他把書稿又交給了穆瑞，並提出跟他一起承擔書本出版後可能存在虧損。在他看來，一定量的購買人群是存在的，但是購買者的數量不會太多。不過，穆瑞對達爾文很有信心，他提出自己一力承擔所有虧損風險。
1862年，該書的第一版《蘭花借助昆蟲傳粉的各種器官》出版。總體來說，這本書在讀者中的反響不錯。當然，敵對之詞也出現過。在《雅典神殿》雜誌上，出現了一篇很外行的評論，評論者的語氣充滿輕視，他懷著諷刺的憐憫之情對達爾文進行一番「好心」的勸說。然而，許多植物學家對這本書的評價不錯，他們認為書本寫得很成功。達爾文一向為人謙遜，得知有人稱他為植物學家時，他很是驚訝。
大致說來，在六十年代，達爾文從事植物學著作的創作時，心情還是相當愉快的。由於達爾文的病症不斷復發，致使他不得不停止繁重的課題研究。由於身體狀況的限制，一旦他寫作速度過快，就會疲憊不堪。所以當時，他把現實活物的研究當成一種放鬆的方式。他一直認為：對於博物學而言，如果只埋頭研究而不將成果付諸於文字，那麼這門學科就會變得無趣。在植物學上，達爾文除了研究蘭花以外，還將某些植物花朵的二形性和一些攀緣植物作為重點研究對象。
1861年秋，達爾文完成了有關櫻草二形性的著作，接著，他在《林納學會會報》上發表了一篇專門研究報春花的論文。達爾文相當重視這篇論文，他甚至打算親自前往倫敦林納學會就這一問題做個報告。
另外，達爾文對千屈菜這種植物產生了濃厚的興趣。千屈菜的花朵很特別，這些花朵的雄花和雌花各有三種不同的形態。達爾文把這些花的花粉逐一相互雜交，完成十八種可能出現的組合方式後，達爾文高興極了，就算說他高興得有些發瘋也不過分。因為通過這次實驗，他發現：一些事實——兩個品種的花所變現出的花朵性狀不一樣，可以有力地反擊物種不變論。
達爾文把有關千屈菜三形性的觀察結果也發表在《林納學會會報》上。後來達爾文將載於1863年的報春花，載於1864年的千屈菜，同那篇有關櫻草的著作合在一起，於1877年發表了名為《同種植物上的花的不同形態》的論文。
那段時期，達爾文與一些植物學家和園藝愛好者頻繁通信，除了我們經常提及的虎克、愛沙·葛雷，達爾文經常往來的植物學家還有季澤爾頓、達伊爾、邊沁等人。其中，達爾文在寫給虎克的信中表明：他早就把虎克看做「自己的讀者」，並且對他提出的意見非常重視，這種重視程度遠遠高出了其他人。當時，虎克已經接替父親當上了基由皇家植物園的園長。他對待達爾文一貫親切、友好，不僅給達爾文提供許多植物學方面的資料，而且對達爾文從事的一切植物學實驗和觀察非常關心。愛沙·葛雷也是達爾文的忠實支持者，他曾多次大力讚揚達爾文的植物學著作。達爾文曾在對他這樣寫道：「在結尾處，您以最高的褒獎之辭來評價我。您和虎克對我的評價太高了，兩位的讚揚讓我心裡惴惴不安，我生怕有一天自己會變得目空一切，令人作嘔。」
《蘭花》完成以後，達爾文就把《攀緣植物的運動和習性》的寫作提上議事日程，這是一部有關植物學的長篇著作，裡面涉及了一些很有意思的問題，探討了纏繞植物產生非常合理的運動的原因。達爾文著手創作這部著作完全是受愛沙·葛雷的影響。1862年，達爾文閱讀了愛沙·葛雷的一篇有關葫蘆植物捲鬚盤繞的短論文以後，對文章談及的內容產生極大興趣。於是，愛沙·葛雷給他寄來了種子。達爾文將自己精心培養的攀緣植物放進書房，開始近距離觀察這種植物的捲鬚，他驚奇而又欣喜的發現，這種植物最上面的兩個葉子中間的那段莖在不斷地、緩慢地旋繞。由此，達爾文得出一個結論：光線不會影響這種旋繞。不過，要想使這種植物盤絲纏繞，必須事先準備好一些支柱、棍子或樹枝。他還發現，這些捲鬚很敏感，它們一旦接觸過哪種東西，就會很快在這種支柱周圍纏起來，然後逐漸變粗、變堅硬，在支柱上完全固定。
通過攀緣植物的運動的研究，在達爾文又為自然選擇作用找到了一個很好的實證。這次的研究讓達爾文進一步看到：自然選擇不僅把愈來愈適宜的器官保留下來，連同適宜於植物生存的運動也一併保留，而且這些優點都具有遺傳性。他興奮對虎克寫道：「這是一項嶄新的工作，這項工作讓我受益匪淺。經過這次的觀察，我發現：相信物種的可變性是正確的，這一原則可以很好地指導研究工作。」
1863年秋到1864年春，達爾文的病情日益惡化。這段日子，他極度虛弱，所能從事的工作也只有觀察攀緣植物。不過，他從這些觀察中得到了很大的樂趣，他的情緒變得非常穩定。然而，他依然沒有放棄自己多年以來的習慣：盡量廣泛地搜集研究的對象。因此，為了得到各種不同類型的攀援植物，達爾文向許多地方訂購種子。其中，也有許多種子來自於基由皇家植物園。因為需要研究捲鬚對附著硬物的敏感性，達爾文將一定重量的線綁在捲鬚上，以此來試探捲鬚的反應。另外，他發現攀緣植物能夠向著有光的方向生長（也就是我們現在所說的趨光性），並且完成這中生長時，所消耗的有機物遠遠少於一般植物。
至此，達爾文把自己所研究的攀緣植物分成四類：
第一類正如我們在上文中提到的：植物借助旋繞運動而攀爬，並且這種運動可以改變方向——由原來的順時針變為逆時針。在遇到止住以後，嫩枝就停止運動。不過，它會在支柱以外的地方繼續旋繞將支柱纏繞起來。啤酒花就屬於這種類型的植物。
第二類指的是在接觸處受到刺激而發生變化的植物。這些植物一遇到接觸點就會變彎，接著纏繞著支柱開始生長。這類植物又被達爾文劃分成幾個小類別：第一類產生反應的地方是葉柄；第二類產生反應的地方是葉子中間的葉脈。這些植物被稱做葉子攀緣植物，它們用有感覺的地方纏住支柱，而且用以纏繞的地方通常會長得很粗，變得很結實，以免植物被風吹掉。另外，達爾文把依靠捲鬚產生反應的植物，也劃歸為第二類植物。因為這類植物的盤繞能力很強。
最後，他把利用鉤和根部盤繞的植物分別劃分為第三類和第四類。