12月27日，东风吹拂，阳光灿烂。“贝格尔”号起锚出海。
克服了种种障碍和经历了苦苦等待后，环球航行终于开始了。“贝格尔”号以每小时十几千米的速度前进。达尔文同斯托克斯合住一个船舱，这里光线很充足，除了舰长室外，可以说是最好的房间，只是有点狭窄。绘图桌旁的那个狭窄的过道是他工作、穿衣和睡觉的唯一地方，那是刚够转身的一点儿空间。斯托克斯在这张绘图桌的另一端绘图。达尔文的吊床就在绘图桌的上面，另一端的上面是斯托克斯的吊床。
第二天，他们遇到了惊涛骇浪，从此，从未出过海的达尔文开始饱受折磨。一个浪头打来，船在波涛中一上一下地颠簸着。达尔文头晕得厉害，吃下去的东西全吐出来了，胃痛得像被撕破了一样。好心的水兵劝他躺下休息，可是达尔文却拿了一张网，一步一摇地走到甲板上，把它挂在船尾下面，收集大海里的小动物。船行了一段时间，网兜就满了。把所有这些小动物拖到甲板上来，当然是有碍于甲板卫生的。
这使负责管理船的清洁和美观的韦尔姆上尉大为不满。他气恼地对达尔文说：“如果我是舰长的话，我早就把你和你那堆使人讨厌的垃圾一起扔到海里去了，因为只有博物学家，才会把这些玩艺看做宝贝，用心观察、分析和研究。”达尔文花了一整天来清理自己的捕获物。他在船里把这些动物制成标本，并用文字记录下来。他的胃实在痛极了，只能一面写，一面用左手使劲按着自己的腹部。
一个水兵进来通报说：“达尔文先生，舰长请您到甲板上去！”达尔文头晕得厉害，摇摇晃晃地挣扎着爬了上去。
“这是什么灰尘？”舰长掌心里握着一把灰尘，问达尔文。“熔岩灰。”达尔文看了看后肯定地回答。他又反问舰长：“哪里来的？”
“是强烈的西南风把它吹上桅杆的。”
“噢，一定是南美洲吹来的，”达尔文坚定地说，“让我上去再取一些来。”说完，他攀住桅杆向上就爬。
舰长吓得满头大汗。在大海上，抓桅杆是非常危险的事，何况达尔文初次出海，还在晕船呢！他马上向站在身边的韦尔姆下达命令：“你快爬上去，保护他！”
达尔文以惊人的毅力，爬到桅顶，把沾在风向旗旗布上的熔岩灰，抓了一大把下来后，便直往他的工作室跑去。
舰长走进达尔文的工作室，看见他正在用显微镜仔细地观察熔岩灰，嘴里不住地说道：“你来看啊，有许多小动物呢！是南美洲吹来的……”
被晕船折磨了整整一夜的达尔文经过马德拉群岛时甚至不能登上甲板去看一看这个群岛。晕船晕得厉害时，达尔文躺在吊床上，阅读洪保德和其他旅行家描写热带自然风光的书；有时躺在舰长室的沙发上，同费茨·罗伊谈话，以此来转移晕船的痛苦。
3月5日，“贝格尔”号驶近特内里夫岛，大海和天气才起了明显的变化。“贝格尔”号舰向圣克鲁斯驶去，这个镇的许多白色小屋子在火山岩的映衬下显现出来。达尔文观察了在浓云上空显露出来的白色山巅，他以为，饱览洪保德所描述的在攀登山峰时所见的美景的夙愿就要实现了。这时，从圣克鲁斯驶来一只小船，上边的一位执政官登上了“贝格尔”号的甲板，他宣布说，现在欧洲有霍乱，“贝格尔”号必须进行12天的隔离，在此之前，任何人都不准上岸。听到这个意外的消息后，全船的人无不沮丧。因为要无所事事地度过12天，这可不符合费茨·罗伊舰长的性格，他马上下令张帆，向佛得角群岛驶去。这使达尔文大失所望。达尔文以恋恋不舍的目光送别他极其向往的目标——还历历在目的特内里夫峰那被初升的阳光照耀着的、那被羽状云朵遮盖住的大圆峰体。不过使他快慰的是，天气变得晴朗了，热带的夜晚美丽无比，晕船之苦也没有再来缠绕他了。
“贝格尔”号继续驶向美洲，海面上开始风平浪静了。关怀备至的汉斯罗建议达尔文在旅行中带上当时刚刚出版的赖尔的《地质学原理》第一卷。汉斯罗说：“您一定要读一读这本书，因为它很有趣味，但除了事实以外，其余的可不必注意，至于理论，那是极其荒谬的。”1月7日和8日，达尔文安静地打开这本书读了起来。
赖尔的这本书，对当时在地质学上占统治地位的灾变论者的观点，进行了最有力的驳斥。灾变理论与圣经是一致的，而对灾变理论的驳斥，则成了科学与宗教传说以及神话做斗争的一个阶段。
赖尔在他的《地质学原理》第一卷中首先证明，由于大陆和海洋的轮廓发生了变化，气候也要发生缓慢的、但又是巨大的变化。其次，在弄清了河流、喷泉、三角洲、湖泊和江湾的涨潮及退潮的破坏作用和建设作用之后，他指出，古代沉积物同现代沉积物具有相同的性质。因此，不需要了解沉积物具有什么样的力量。第三，他对维苏威和埃特纳这类火山锥体进行考察后宣称，这些火山锥体是无数次火山喷溢的结果，它们是由流出的熔岩层、喷出的火山灰和熔渣堆积成的，那些较古老的火山口也是以这种方式形成的，即使在过去，火山所起的作用也和现在相类似。第四，他表明，在海洋沉积物和淡水沉积物中，在火山灰和风吹来的沙子中，即使现在埋藏着一些有机沉积物的话，那也不能认为所有的化石都是在发生某些灾变时被毁灭的。第五，他把造山作用看做是地面缓慢的长期震动，这种过程即使是现在也可以在斯堪的纳维亚半岛上观察到。这就是达尔文在旅行开始时所阅读的那本书的内容。
在一个风和日丽的日子里，达尔文用一个由破布做成的一米多长的小网捕捞浮游生物。他像捕鱼一样把这个小网从船尾往后撒开，拖在船后边，这样，小网就可捕获大量形状精巧、色彩绚丽的微生物供他研究。1月16日，“贝格尔”号在普拉亚港停泊下来。从海面上望去，满目疮痍，一片荒凉，达尔文真的担心自己会对洪保德所描述的、他曾为之赞叹不已的热带风光感到失望。但是当他一上岸，走进长有罗望子、芭蕉树和棕榈树的河谷时，听到那不熟识的鸟儿在啼鸣时，看到新奇的昆虫围绕着新开的花朵飞舞时，他感到自己进入了另一个世界。他坐在退潮后一些留有海水的洼地附近的熔岩底下，看着新生的珊瑚，心潮澎湃。达尔文在这个光秃秃的平原上一连游览了3天，就是为了收集大量的地质资料，以完成他重要的学术性工作——将各国的资料汇编成册。这里遍地的岩石使他在这3天有了极其丰富的收获。他完全被吸引住了，可惜3天的时间太短了。
“贝格尔”号在这里停泊了3个星期。达尔文有充足的时间去做自然考察。除了地质学，他还研究植物学、动物学，收集了许多标本。他做这些工作时达到了废寝忘食的地步。
有时，他一连几天坐在船舱里研究这些生物，连群岛上的居民他都很想研究，尤其是黑人。他总是充满善意地观察黑人儿童或混血儿童的智力和很爱打扮、生性愉快的黑人姑娘。
“贝格尔”号在大西洋之中的一个不为人知的小岛圣保罗岛的岩礁旁再次登陆，从舰上放下了两只小船。一只由斯托克斯驾驶去调查岩礁，并把岩礁画到地图上；另一只由韦尔姆和达尔文驾驶，韦尔姆去打鸟，达尔文去研究地质和自然史，两人分工明确。达尔文独特的求知欲在研究由岩礁上的鸟粪层形成的特别稠密的浮渣过程中，再次表现出来，他发现管鼻鹱和燕鸥这两种鸟根本不怕人。达尔文心中初步估计，在这些荒无人烟的岛屿上的第一批移民，很有可能是一些寄生昆虫和靠吃鸟的羽毛为生的壁虱。“贝格尔”号在继续前进，他们已经越过了赤道，并且还按当时的习惯举行了祭海神的仪式。