1. “比格尔”号的邀请和准备启程
1831年8月，达尔文从北威尔士的短期地质考察旅行后回到家中时，见到了亨斯罗的来信。
亨斯罗的信中说：“比格尔”号的舰长费茨罗伊乐意让出自己房间的一部分给任何一位青年，只要他志愿自费担任“比格尔”舰航行期间的自然科学家。我认为，在我所认识的人中，您是在这方面最合适的人选。这次航行要延续两年，这对您是一个少有的机会。
达尔文看了信后，立刻想接受亨斯罗的建议，但是他父亲却对此表示坚决反对。父亲的反对意见是：航行对达尔文这个未来的牧师来说是不合适的。达尔文既没有航海的习惯，准备的时间又太短，还有，达尔文可能同费茨罗伊舰长合不来。不过他还附带说了一句：“要是你能够找到任何一位有识见的人，他劝告你去，那么我也将允许你去。”
达尔文觉得自己不听从父亲的劝告，就会于心不安。于是，在当天晚上，他就给亨斯罗回信，辞谢了亨斯罗的建议。
第二天一早，达尔文就到美尔堂的舅父家，准备去打猎。他把亨斯罗来信的建议和自己的心情，向舅父一家人说了。舅父一家人都主张他接受这一邀请去旅行，不要错过了这个机会。舅父还派人来，找到正在打猎的达尔文，要他一起坐马车赶回希鲁兹伯里去同他父亲商谈，因为舅父认为达尔文要接受建议随“比格尔”号出海航行是明智的行为。而在达尔文父亲的心目中，达尔文的舅父是世界上最有见识的人士之一，因此，达尔文的舅父一开口，他父亲立刻就极其和蔼地表示同意达尔文去航海考察了。达尔文觉得自己应说些什么来对父亲的许可表示感谢，让父亲能够放心，因此就安慰父亲说：自己要改掉在剑桥大学时挥金如土的毛病，上了“比格尔”舰以后，在花钱方面，一定要拿出神奇的本领来，决不超过父亲允许给的定额。可他父亲却付之一笑，反驳说：“可是他们大家都对我说过，你花钱的本领却很大哩！”
得到了父亲的许可，第二天，达尔文便离家前往剑桥，去见亨斯罗。
达尔文同亨斯罗见面后得知，他的一位熟人，名叫伍德的，是费茨罗伊的密友，伍德也向费茨罗伊推荐过达尔文。
此后，达尔文又到伦敦去拜访“比格尔”舰长费茨罗伊。费茨罗伊十分热情地接待了他，对亨斯罗、伍德推荐达尔文来表示是再好不过了。
尽管在很久以后，当达尔文同费茨罗伊成了好朋友时，费茨罗伊才告诉他，由于他鼻子特殊的形状，他当时险些遭到谢绝。因为费茨罗伊是拉伐特尔的狂热信徒，因此费茨罗伊相信，根据一个人的面容相貌，就可以判断出他的性格。费茨罗伊怀疑一个具有像达尔文这种鼻子的人，未必能够有充分的精力和决心去航海。不过，他当时显然是把自己的怀疑藏在心里，而立即同意了。
达尔文喜欢费茨罗伊那种彬彬有礼、热情而又坦率的作风。费茨罗伊告诉达尔文说，他最关心的是要长期风雨同舟，要是他对自己的旅行感到不满意的话，这对他来说是不能接受的。
他告诉达尔文，自己的书籍达尔文可以拿去阅读，自己船舱里的用具和武器达尔文可以使用。他还建议达尔文同他一起用餐，并预先告诉说，伙食很简单，没有酒喝。他认为事先有必要指出各种不方便的地方，免得日后抱怨。主要问题是，军舰很小，住处很挤。但他认为自己应该一个人住，他想给自己留一间舰长室。如果达尔文同意的话，那就达成了协议，如果不同意，那就只得分道扬镳了。
接着，他们把话题转到了考察、考察的航线和达尔文从这次旅行中将能得到什么收获的问题上。费茨罗伊认为：他们肯定要经受许多考验和艰难险阻，不过也会有很多有意义的收获。达尔文从这次考察中所得到的要多于付出的。
达尔文根据亨斯罗的推荐，在伦敦请教了几位旅行家后，便开始忙于编制航海所必需的什物清单，忙于采购和运装这些物品。费茨罗伊劝他节约开支，东西尽量少带，只带最必需的衣服和其他东西。达尔文听从劝告，花5英镑买了一个望远镜和一个指南针。其余就要姐姐卡罗琳把他的几件衬衫、鞋子、一些西班牙文书籍、显微镜和旅行用的地质指南针等用包裹寄给他。
10月份，达尔文去参观“比格尔”号。这是一艘老式的二桅方帆军舰，它从上次航行回来时已破烂不堪，所以不得不对它几乎是重新改造。
这只船上用的材料都是最好的。现还在修理，船员们正在忙着油漆船首部分和装修船舱。它的规模之小，使达尔文感到惊讶。这是一艘排水量为235吨的军舰。他感到要把自己的身体放进这艘军舰，就得把所有的东西都包起来放进箱子里。但就是这艘小小的军舰，在环球航行中不止一次地经受住了狂风暴雨的袭击，它确实不辱使命。
费茨罗伊舰长在船上迎接达尔文，他矮矮的个子，黑黑的皮肤，长得很漂亮。他虽然才23岁，但已多次出海。在1826—1830年间，就曾乘坐这艘“比格尔”号完成了对火地岛沿岸的勘察工作。他很孚众望。
上次同他一起出海的官兵们，都表示愿意再次同他一块出航。他的助手斯托克斯负责绘图，同他坐在一张大桌子旁，达尔文也将在这张桌子旁工作。舰上还有两个尉官：季·韦克姆和布·谢利万，一名医生，十名军官，一名水手长，四十二名水兵和八名少年见习水手。此外，还有一个专门看管仪表、天文钟和其他仪器的人，一名美术家和一名绘图员，一名曾去过火地岛的传教士，三名费茨罗伊上次航海时带到英国来的火地岛人。
达尔文很快就同大家认识了。他有时同费茨罗伊在一起消磨时间，同他和水兵们一起用餐，有时同他们在一起作一些磁性观测。遇上阴雨绵绵的恶劣天气，达尔文才呆在家里读点书。
11月12日，“比格尔”号终于修理、油漆完毕，所有甲板都已清扫干净，各种物资都已收拾停当，一切都已准备就绪，“比格尔”号随时可以启航了。
可是，由于逆风一个劲地刮个不停，启航的日期不得不一拖再拖。
几次延期虽然使达尔文心情忧郁，但另一方面却使他有充足的时间向那些有经验的人请教，使他从思想上到物资上都做好了必需的准备，弥补了他从家中赶来时行色匆匆，准备的不足。以致他后来在航行途中的来信中写道：“我们在普利茅斯所经历的那一切遥遥无期的停留是极其幸运的，因为我认为在出外作自然史各部门的采集和观察工作的那些人之中，没有一个比我装备得更好的了。”
12月27日，是一个东风吹拂、阳光灿烂的日子，“比格尔”号就在这一天上午 11点起锚出海了。在克服了种种障碍和经历了苦苦等待之后，达尔文的环球航行开始了。
2. 出 发
“比格尔”号以每小时13～15公里的速度飞速前进。达尔文平安地度过了第一个晚上。他同斯托克斯合住一个船舱，光线很充足，除了舰长室外，可以说是最好的了，但就是十分狭窄。绘图桌旁的那个狭窄过道是他工作、穿衣和睡觉的惟一地方。那是刚够转身的一点空间。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，从这时起，从未出过海的达尔文开始受折磨了。“扑通”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，那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，才会把这些玩艺儿看作宝贝，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。他实在痛极了，只能一面写，一面用左手使劲按着自己的胃部。
“达尔文先生，舰长请您到甲板上去！”一个水兵进来通报说。
达尔文头晕得厉害，只能摇摇晃晃地挣扎着爬上去。
“这是什么灰尘？”舰长掌心里握着一把灰尘，问达尔文道。
“熔岩灰。”达尔文看了看后肯定地回答。接着，他反问舰长道：
“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，”达尔文顿了一顿，坚定地说“让我上去再取一些来。”说着，他攀住檐杆向上就爬。
舰长急得满头大汗。在大海里，爬上桅杆是极危险的事，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：“你也爬上去，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，直往他的工作室跑去。
当舰长走进达尔文工作室的时候，只见他正在用显微镜仔细观察熔岩灰，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……”他的一只手还在紧紧地按住胃部。
晕船的折磨持续了整整一周，当他们经过马德拉群岛时，达尔文甚至不能登上甲板去看一眼这个群岛。在晕船晕得厉害的时候，达尔文要么躺在吊床上，阅读洪保德和其他旅行家描写热带自然风光的书；要么躺在舰长室的沙发上，同费茨罗伊谈话，以此来转移注意力。
只是到3月5日，当“比格尔”号驶近特内里费岛时，大海和天气才起了明显的变化，“比格尔”号舰向圣克鲁斯镇驶去，这个镇的许多白色小屋子在火山岩的映衬下显现出来。达尔文观察了这时在浓云上空显露出来的白色山巅，他以为，饱赏洪保德引人入胜地描述在攀登山峰时所见的美景的夙愿就要实现了。突然，从圣克鲁斯驶来一只小船，从它的上边一位执政官登上了“比格尔”号的甲板，他宣布，现在欧洲有霍乱，“比格尔”号必须进行12天隔离，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，这不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。就是到了第二天，达尔文还以恋恋不舍的目光送别他极其向往的目标——那久久还历历在目的特内里费峰。它那被初升的阳光照耀着的那被羽状云朵遮盖住的大圆锥体。不过使他快慰的是，天气变得晴和了，热带的夜晚美丽无比，晕船之苦也没有再来缠绕他了。
3. 赖尔和《地质学原理》
到美洲去剩下的旅程，是在风平浪静的海面上渡过的。关怀备至的亨斯罗，曾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。亨斯罗说：“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。”l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作斗争的一个阶段。
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、喷泉以及三角洲、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证明说，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，他把造山作用看作是地面缓慢的长期震动，这种过程即使是现在我们也可以在斯堪的纳维亚半岛观察到。这就是达尔文在旅行开始时所阅读的那本书的内容。
4. 不能忘记的一天
1月16日，“比格尔”号在佛得角群岛的圣地亚哥岛停留下来。从海面上望去，该岛的四周呈现出一片荒凉。达尔文担心自己会对洪保德所描述的、他曾经为之赞叹不已的热带风光感到失望。这时，水兵们都考察海水的流向去了。达尔文和费茨罗伊派给他的助手背起背包，手拿地质锤，准备爬到山上去收集岩石标本。他们一上岸，走进长有罗望子、芭蕉树和棕榈树的河谷时，就听到了不熟识的鸟儿在啼鸣，看到了新奇的昆虫围绕着新开的花朵在飞舞。顿时，他感到这是对自己所经受的一切艰难和折磨最好的补偿。他在日记中写道：“这一天对我来说是永远不能忘怀的。我就像一个瞎子重见光明一样。我为我所见到的东西而倾倒，我对自己的印象无法准确地理清。”
一路上，达尔文把各样的石头敲下来放进背包，这里有黑色的，白色结晶的，还有中间夹着一束花纹的……岩石的花色可多呢！
助手好奇地问达尔文，这些乱七八糟的石头，到底有什么作用。
达尔文耐心地告诉助手：石头是有层次的。他指给助手看每层石头里不同的贝壳和海生动物的遗骨。这些能告诉我们不同年代的生物，它们都是有价值的地质资料。
助手很佩服达尔文的钻研精神，他高兴地替达尔文收集各种动物化石。每天夜里，达尔文都要把收集的石块贴上标签，写下收集的经过。
搞清楚圣地亚哥岛的地质情况并非那么困难。达尔文说：“一股熔岩在海底奔流，海底上面布满了一层贝壳和珊瑚的碎片，这些贝类和珊瑚凝结成坚硬的白色岩石。而后，整个岛便隆起在海面上。但是这个白色岩石线使我看到了一个重要的事实，这就是喷火口周围的土地后来都沉没了。这些喷火口当时都是起作用的，不断喷