后来的几年里，达尔文的精力都集中在《物种起源》的书写上。这期间，任何一本新出版的生物学著作，他都会细细研究，为自己的进化论寻找材料。他曾给虎克写过一封信，在信中，分析了《马德拉群岛的昆虫》一书，他认为华拉斯登在书中所列举的事例非常有趣，只是书中的论述部分，空无一物，都是一堆没用的假设。另外，对于岛上昆虫的无翼现象，他还进行了一番解释。
这件事之前，因为得知养鸽爱好者们培育出了许多类型的种鸽。所以，他对鸽子一类的家禽产生了浓厚的兴趣。他再次给福克司写了一封信，这一次，他的语气很俏皮，理由也很奇特，他是这样写的：
我这次写信，是想请求您做一次观察。我知道，您很忙，有一大堆事情等着做。但是，我也确信，对于我请求的事情，您一定能做到。因为这件事情，就需要您这样的人来完成，对于一个无事可做的人来说，他是办不到的。因为，只有您拥有诺亚方舟，整天跟那些可爱的动物朝夕相处。我相信，您这里一定有鸽子，最好是扇尾鸽。我想让您帮我留意一下，雏鸽在什么时候，能够完全长出的可以计数的尾羽。当然，我不敢奢望，在将来的某一天，可以看到一只雏鸽……
接着，达尔文向福克司解释，他正在写一本书，需要收集一些有关物种不变性方面的事实。现阶段，他研究的问题是，人工培育的品种成长到什么阶段会产生差异。
他继续写道：
为了研究的需要，我必须培育鸽子，培养之前还得前去购买雏鸽。养育鸽子，对我而言可是一件苦差事，绝对称得上一个可怕的折磨。至于购买雏鸽，我必须得弄明白鸽子之前的生长发育情况，以免上当受骗。……所以，我还是需要您的帮助，哪怕是一些普通的鸽子也好。我会深表感激，因为我正准备制作鸽子骨骼，并比较和分析那些不同品种的骨骼。
在书信的下文里，达尔文提到了一些初步的比较结果。比如，家鸭与野鸭相比，翅膀比野鸭小，而鸭蹼却比野鸭大。
最后，达尔文从福克司那里得来了出生一个星期和两个星期的幼鸽，另外，还有一些年龄较大的老鸽。
不过，这些还是远远不能满足达尔文的研究需要。同年五月，他想办法得来了第一批良种鸽，后来，他一连加入了两个养鸽学会，成为那里的会员。在他写给自己长子的信里，他提到了这段经历，他把那帮养鸽会员称之为“一帮古怪的人”。
在鸽子身上，亚种（即次于种的一个种级分类等级）和变种的变现非常鲜明，而且很多样，但是，它们的繁殖速度却很快。因此，选用鸽子做研究对象，具有很强的代表性。很快，达尔文得出了结论：选配供杂交用的种畜，意义重大，但是，追究杂交的类型，意义不大。这点结论，在达尔文最初的《理论概要》中，有过一些的阐述。
后来，在写给赫胥黎的信里，他也提到了自己的观点：
一天晚上，我正在一家小饭馆里，听到了身边养鸽爱好者的谈话。有人说，贝尔先生用自己的球胸鸽同罗马鸽进行了杂交。在座的人听到这个滑稽的新闻后，都摇了摇头，脸上露出神秘、惊恐的神色。是的，杂交的方式与改善品种关系不大。
由此可见，鸽子爱好者引起达尔文极大的关注。在赞扬一些优良的鸽子品种时，他喜欢引用养鸽专家——伊顿著作的话：“倘若你特别了解鸽子，你会明白，这个品种绝对是极品。若是让一个精明而有教养的人失去这个品种，他一定会郁郁而终！”
1856年10月，他写信对福克司说：“鸽子的详细研究工作对我的帮助很大。从这些宝贵的事实里，我明白了许多家养禽类的变异情况。”不仅如此，他还翻阅了许多旧著作，研究鸽子在各种群体中的逐步演变。除了鸽子，他还研究过家兔和家鸭，不过，在这些研究上，他的花费的时间明显少得多。
在一些细小问题和琐事上，达尔文也毫不懈怠。在此期间，他跟著名的家禽专家——捷格特迈耶尔频繁进行书信往来。但凡是有疑问的地方，他就会找专家请教。这是达尔文的工作习惯。因此，在他的著作上，读者经常能看到一些专家和权威人士的观点。例如，虎克在植物地理分布问题上很有建树，达尔文就在自己这方面的手稿送给虎克审查。只要一天没有得到虎克的认可，他的心就会一直悬着。
有一次，虎克在回信中驳斥了达尔文的论点，他认为生长在高山上的花，不一定就绒毛多、花朵大。达尔文看到虎克回信后，调侃地说：“高山上的植物，被虎克‘剃了发’”。不过，对于虎克的这些建议，达尔文很重视。有时候，这些宝贵的建议，还会取而代之某种权威观点。在达尔文写给虎克的信中，曾出现这样的话：“有时，我很鄙视自己正在从事的编纂工作，不过，我也知道，这是我钟爱的研究工作中，一个不可或缺的部分。”
达尔文准备了一块实验田，在一边长期种植作物；另一边任其在十五年内自然生长。他对这块地非常熟悉，什么植物的数量增加了，什么植物已经灭绝了，他都了如指掌。这项工作给他带来了很大的乐趣。在这片只有六平方英尺的土地上，他倾注了极大的心血，还将其命名为“种子植物园”，甚至，他关心每一根的幼芽的命运。大量的幼芽在他的脑子里，都有很深的印象，但是，许多死亡的幼芽更是他关注的焦点。他惊奇地发现，尽管一部分幼苗压倒了另一部幼芽，导致了幼苗的死亡，但是，根本原因却是因为蜗牛的爬行。
在达尔文写给虎克的书信里，可以找到一些研究资料：
三百五十七棵植物，死了二百七十七棵，大部分的死于蜗牛的爬行。
后来，达尔文去了慕尔公园疗养。在此期间，他一直没有停止观察。他通过深入细致的观察，为论证《物种起源》中有关生存斗争复杂性问题，提供了有力的事例。
达尔文非常珍惜那些费心搜集的事实。他很用心地研究这些事实，并加以详细地说明，最终还将这些说明逐一检验。
1857年6月5日，在书信的末尾，达尔文称虎克为最好的朋友，并把他看成一个哲学家。在达尔文的生平里，虎克确实是一位志同道合的好朋友。当虎克得知他在上古植物种类方面遇到困难时，立即寄给他需要的植物学书籍。
经过一段时间的研究，达尔文深信：在分部很广泛的属中，生物的变种和物种应当最多。为了验证这一论点的正确性，他翻阅了各国的“植物志”的资料。虎克还给他寄来了波鲁的《法国中部的植物志》和菲恩罗尔的《拉底斯本的植物志》。1857年8月，达尔文已经翻阅了英国、法国、荷兰、美国、新西兰、印度还有马德拉群岛等许多国家和地区的“植物志”，并非常认真地检验了自己的一些论点。但是，他仍然不太满意，他写信给虎克，请求他寻找德国和大俄罗斯的“植物志”，另外，还请求他多找来一些植物志著作，最好这些著作，对物种的划分标准不一，有的粗略，有的细致。
撰写这部著作，需要极大的耐心，耗费极大的力气。直到1859年5月，达尔文一共用了9个月时间，才完成大小属内部物种的分布和变化情况的研究，完成这一课题后，达尔文将手稿寄给虎克，请他帮忙审阅。
尽管达尔文的手头掌握了大量的事实，但是，他仍然在不停地补充自己的资料库。他也随时向自己有联系的人寻求帮助，请他们帮忙解决问题。例如，在研究细小生物身上体现的返祖特征时，福克司给予他极大的帮助，各种品种的马、波尼马、驴等背上的黑条纹和肩上的横向条纹的分部情况都是他提供给达尔文的。
着手准备书稿期间，除了虎克，还有一个人同达尔文的联系很密切。他就是美国植物学家——爱沙·葛雷。1855年开始，达尔文就开始跟他互通书信，跟他探讨一些植物学方面的问题。这位植物学家，出生于纽约州，比达尔文小两岁。他是一个制革匠的儿子。尽管家境不好，但爱沙·葛雷非常出色，他顺利地读完了费尔菲尔德的大学，之后，又继续攻读了医学。
爱沙·葛雷对植物学充满兴趣。为此，他还特意申报了大学的植物学夏季讲习班。因为他对植物学的强烈热情，植物学教科书作者约·托列依给过他极大支持。1834年，爱沙·葛雷出版了植物学著作《北美的禾本科和沙草科》。这本书问世以后，受到了欧洲学者的广泛关注，他开始同欧洲的一些学者有了书信往来。后来，他以教授的身份出访欧洲，并观看了欧洲植物园，以及植物收藏品。同时，他也与一些知名的植物学家有了交情。
1838年，爱沙·葛雷前往英国访问。他非常推崇达尔文的学说。对于一个虔诚的宗教徒来说，能做到这一点非常难能可贵的。在格拉斯哥的那段时间，他受到了虎克，以及虎克父亲的热情招待，并同他们一起探讨有关植物标本集的问题。之后，他去了伦敦，也就是在那时，跟达尔文见了面。当然，他还有幸见到了其他多位植物学家和博物学家。这些专家在学术界都享有盛誉。
爱沙·葛雷完成了英国之旅后，他逐一拜访了欧洲大陆的知名植物学家。这一次，他见到了施列登，这位细胞专家告诉他：通过对一些细胞进行实验，他已经形成了一些细胞学的理论。
学术访问结束后，爱沙·葛雷返回美国。没过多久，哈佛大学给他发出了邀请让他担任植物学教授一职。由于他的努力钻研，加之研究课题的选题新颖，内容丰富，他的课程在哈佛大学很有名气。很快，他的研究成果在学界成了权威，他自然而然地成了美国植物学这一分支的领军人物。
达尔文同这位植物学家的书信往来，大致也是这个时期。首先，达尔文给他写了一封求助信。信的内容大致是这样的：对于生物变异的问题，我已经作了几年的研究，目前，对动物得出了一些结论，我想了解这些结论对于植物是否同样适用。因此特来请您帮忙。
除此之外，达尔文还请求爱沙·葛雷为他提供一些美国高山植物的材料。
达尔文在提出请求的时候，多次表达自己的歉意。不过，爱沙·葛雷很热心，不遗余力地帮助达尔文解决难题。他不仅给达尔文写了回信，寄去了美国高山植物的统计数据，还将自己新近出版的植物学教材一并寄给了达尔文。
当时，达尔文正在从事地理分布和类型的种属关系的研究，于是，他建议爱沙·葛雷在教材再次出版时，能在美国植物统计表里新加一些统计内容，比如，美国本土的植物有哪些，从欧洲移植的有哪些，这些外来植物的原产地是什么地方。
当然，达尔文所做的这些工作，目的只有一个，为《物种起源》一书做准备。他频繁地向爱沙·葛雷询问一些植物学方面的具体事例。
受达尔文询问的影响，爱沙·葛雷撰写了一篇名为《北美合众国植物区系的统计》的论文。在收到这篇论文后，达尔文大为振奋。因为他发现，爱沙·葛雷得出了跟他相同的结论——大属的物种，总是有着广泛的分布范围。达尔文分析其他区域的植物分布后，所得的结论和爱沙·葛雷不谋而合。
但是，爱沙·葛雷在给高山植物进行分类的时候，运用的是格陵兰的论点，这一点，跟达尔文的理论有所背离。达尔文意识到这一点后，感到很不安。因为他总是坚持一个宗旨：理论联系事实。所以当他看到一个学者亚格西因为自己的取得一些成就，变得过分自信、目中无人时，相当反感。他曾经在写给爱沙·葛雷的信中提及了这件事，当时，他是这样说的：
最近，我从赖尔那里听说了关于亚格西的一件事，感到不可理解。他在爬虫纲的研究上很有建树，可以说是奠基人之一。但是，当他听到一些跟他相左的意见时，他居然很傲慢地说：“我从来没有想过这些，因为自然界是不会撒谎的。是的，我也想这么说，我想对您重复一遍：自然界是不会撒谎的！”
