1831年回到斯鲁斯布里后，达尔文收到汉斯洛教授的一封信。他告诉达尔文英女王授命皇家游轮“猎犬号”去完成绘制南美海域航线图的任务，船马上就要出发进行一次环球航行，而船长正在寻找一位年轻的自然学家同行。他问达尔文是否有兴趣。达尔文欣喜若狂，他太渴望周游世界了。然而父亲担心会就此失去自己的儿子，所以想方设法说服达尔文放弃这个念头。但是达尔文心意已决，在得到了叔父约西亚·威杰伍德的支持和帮助之后，父亲不得不同意了。
当时达尔文不知道这次旅行将会意味着什么，甚至不知道自己是否能活着回来。但他渴望去探寻那个未知的世界，以向身边的人们证明他能创造自己的事业。可是他最后还需要获得费兹洛伊船长的同意。费兹洛伊是一位相术师，习惯根据一个人的身材和面貌来判断其性格。他觉得达尔文的鼻子形状不佳，将很难共事，本想拒绝，然而达尔文优雅的举止和对航海的热情征服了他，最后他允许达尔文同行。
达尔文心里充满了对这次航行的美好憧憬，可当真正的“猎犬号”出现在面前时他不禁失望了。那是一艘快速帆船，船体很小，有90英尺长，最宽处也仅有24英尺宽，船舱要蹲下才能钻进去。在当时，这种船只由于船体不十分坚固而被戏称为“漂流的棺材”。狭小的船舱在达尔文看来有种说不出的邪恶。他怀疑74名船员能否在今后的3到5年时间里共同生活在上面。然而，达尔文现在已无退路可走，作为一名绅士他必须信守承诺。
为了等待好天气，船在岸边停泊了几个月之久。有一晚，几个船员喝得酩酊大醉。次日清晨，费兹洛伊船长命令鞭打这些船员。达尔文被这种严格的纪律吓呆了，他怀疑自己能否度过漫长的航行，并因此而焦虑不安，甚至还引发了胸口痛的毛病。“猎犬号”终于出航了，达尔文很快又开始遭受到另外一种折磨——晕船，整天呕吐不止，这是达尔文家族历代以来的通病。睡觉也无法安稳，他们睡的是和整个船舱一样长的通铺，每天随着海浪有节奏地前后摇摆。难以置信的是，达尔文竟以惊人的毅力挺了下来。
两个月后，“猎犬号”在南美登陆。达尔文收到了来自家乡的第一封信，带给他的却是一次沉重的打击——他深爱的女友芬尼·欧文没有等他，已经出嫁了。达尔文被这个消息击倒了，但对大自然的一往情深填补了他内心的空虚。他不知疲倦地搜集着数百种异国生命的化石、皮毛和尸骸。“猎犬号”每到一处，达尔文都是第一个上岸。他同南美草原上的牧人一起深入内陆数百英里，还将那些牧人称作“南美牛仔”。这些人可都是亡命之徒。年轻的达尔文强壮且充满活力，凭借高超的骑术与他们并驾齐驱。他的绅士风度征服了当地的土人和同船的人们。船员们称达尔文为哲学家，并打造了木桶来存放他搜集的那些古怪的动植物标本。他们觉得达尔文从事的是一项神圣而伟大的工作。事实也的确如此，达尔文正一步一步地破译着大自然神奇的密码。在萨尔瓦多的山梁上，他发现了一条窄窄的海贝壳化石带。这些化石十分稳定，然而却要比海平面高出许多。达尔文开始感到疑惑：这里到底发生了什么？是海底的地表升高了，还是海平面下降了？《圣经》中说，地球的表面