El 6 de enero entraron en el puerto de Santa Cruz, en la isla de Tenerife. Pero tuvieron que continuar el viaje, con la consiguiente desesperación por no poder pie en tierra, debido a la cuarentena impuesta por una epidemia de cólera. Darwin lamentó profundamente este hecho, ya que desde Cambridge la visita a la isla se había convertido en la meta de sus sueños.

El viento y el tiempo se hacen favorables. Darwin sujeta a la popa del barco una red, que le permite realizar gran cantidad de capturas de animales marinos, que le permiten practicar uno de sus hobbys de juventud, la sistemática zoológica. Pocos días más tarde, el 16 de enero, bajan por primera vez a tierra, se encuentran en el archipiélago de Cabo Verde. Es en la isla de San Yago donde vuelve a despertar su interés por la Geología, disciplina a la que se dedica con gran ardor. No sólo leyó el libro de Lyell, sino que además golpeó mucho con el martillo de geólogo y reflexionó sobre sus abundantes observaciones.

Pisan por primera vez el suelo sudamericano en Bahía. El entusiasmo de Darwin no tiene límites. Sobre todo es la selva tropical, con sus plantas, la que le llena de enorme alegría y de un sentimiento de sublimidad. Tres semanas más tarde vuelve a emprender viaje, hacia el sur, siguiendo la costa oriental sudamericana, para volver a desembarcar, esta vez en Río de Janeiro. Darwin emprende rápidamente un viaje por tierra, está entusiasmado de la belleza del país, de sus bosques cuajados de polipodios, mariposas, plantas trepadoras y fanerógamas. Vive la grandeza de la naturaleza con una intensidad de percepción inquebrantable, e intenta ordenar intelectualmente estas observaciones y penetrar en ellas con conceptos.

En el viaje de Río a Montevideo fueron testigos de fosforecencias marítimas y del llamado fuego de San Telmo.

El 26 de julio llegan por primera vez a Montevideo y con ello también a la desembocadura del Río de La Plata, primer objetivo asignado a la expedición.

En Punta Alta, pequeño terraplen de unos 6 metros de altura, compuesto de guijarros y grava, con un estrato de arcilla rojiza que lo cruzaba de punta a punta, encontró huesos fosilizados esparcidos por la grava en una zona de unos 170 metros cuadrados. Al comienzo de la excavación, Darwin no descifró lo que estaba desenterrando, eran de un tamaño extraordinario y a pesar de ser criaturas de especies distintas, se parecían extraordinariamente a las vivientes del mundo actual, los perezosos, los armadillos y los guanacos.

Este descubrimiento inculcó en Darwin las primeras interrogantes sobre la evolución de las especies.

A finales de noviembre hicieron otra travesía hasta el río de la Plata y luego volvieron, una vez más, hacia el sur, hacia la Tierra del Fuego, a la que llegan el 17 de diciembre.

A Darwin le impresionaron profundamente el paisaje y los habitantes de la extremidad sur de América: La Tierra del Fuego. Si Brasil le había parecido un país donde predominaban las fuerzas de la vida, ahora pisaba un suelo donde predominaba la muerte y la ruina. Los fueguinos, hicieron ver a Darwin la enorme diferencia entre los hombres salvajes y los civilizados. Eran una especie diferente para la que no estaba preparado. Prácticamente desnudos apesar del duro clima, largo pelo y rostro embadurnado de pintura. La expresión de su cara era incomprensiblemente salvaje y proferían gritos mucho menos comprensibles que los sonidos de los animales domésticos.

Una y otra vez Darwin se asombra y se asusta de la terribles diferencias dentro del género humano.

Desde mediados de 1.834 hasta finales de agosto de 1.835 permanece la expdedición en la parte occidental de Sudamérica, e investiga el mar, con sus islas, las tierras y las gentes de Chile y Perú. Se compaginan excursiones a pie a los Andes, el estudio detallado de las condiciones de vida del archipiélago de Chonos y de la isla Chiloé, con diversas visitas a Valparaiso y a Santiago. El momento culminante de de las expediciones por tierra lo representa la travesía de las cordilleras.

El 19 de julio llegan al puerto de Lima (Perú), para después de una estancia de 6 semanas dejar atrás las costas sudamericanas y poner rumbo hacia las islas Galápagos.

En las islas, Darwin, vió con sus propios ojos qué papel juega el aislamiento geográfico en la aparición de nuevas especies.

El archipiélago consta de diez islas principales. Todas son de origen volcáncio con un número aproximado de 2.000 cráteres, según Darwin. La distancia al continente americano es de 500 a 600 millas.

El Beagle llegó el 17 de septiembre a una bahía de la isla Chathan. Ni que decir tiene, que la primera impresión a la vista del paisaje, fue de lo más desolador. Un escarpado campo de negra lava basáltica, expuesto a las fragmentadas olas de mil maneras diversas y surcado por grandes hendiduras, cubierto por doquier de una maleza empobrecida y quemada por el sol, que apenas daba señales de vida. La superficie, seca y árida, calcinada por el sol de mediodía, hacía que el aire fuera sofocante y pesado, como si saliera de una estufa.

Aunque Darwin trató de recoger el mayor número posible de plantas, sólo encontró unas pocas y unas hierbas tan pequeñas y con tal mal aspecto que hubieran estado mejor en una flora ártica que ecuatorial. Los matorrales, vistos de cerca, parecían sin hojas, aunque no solo estaban con todo su follaje, sino que la mayoría estaban en flor. El arbusto más corriente pertenecía a la familia de la euforbiáceas una acacia y un cactus de forma extraña era la única sombra que se podía encontrar.

Respecto a la fauna pudo observar tortugas, salamandras, iguanas, ratones, entre otros animales. Pero de todos los observados, fue el mundo de las aves lo que verdaderamente despertó su interés. A excepción de una, todas las demás aves que pudo observar eran autóctonas de las Islas Galápagos. Las 25 especies diferentes de aves, entre ellas el halcón, la lechuza, el abadejo, el papamoscas, la golondrina, la oropéndola, eran todas análogas a las correspondientes especies americanas, pero al mismo tiempo poseían rasgos característicos que las diferenciaban claramente de éstas. Otras aves terrestres formaban un grupo singular de pinzones, emparentados entre sí por la estructura del pico, el corto batir de las alas, la forma del cuerpo y el plumaje. Darwin vió que la forma y el tamaño de estos pinzones aparece en todas las variaciones, desde el tipo de loro hasta los del tipo de pájaro cantor. Aquí se abrió ante sus ojos un campo para descubrir y observar la evolución de las especies. Tenía que buscar alguna explicación para las variaciones de los pinzones de las Islas Galápagos. Había sido testigo de la diferenciación de las razas humanas, había hecho importantes hallazgos paleontológicos en la Patagonia, y ahora era la modificación observada en los pinzones lo que, según sus propias palabras, lo que principalmente le había llevado al estudio sobre el origen de las especies.

Había llegado el momento de romper la concepción estática medieval también en el campo biológico y de abrir un nuevo y dinámico camino, para transmitir al mundo intelectual de la época la idea de la evolución, fundamentada en todas las direcciones y equipada con multitud de pruebas.

Después de haber llevado a buen término la misión de hacer mediciones en las costas de Sudamérica, incluidas las Islas Galápagos, el Beagle se dirigió, a través del Pacífico y pasando por Tahití, a Nueva Zelanda.

Navegan alrededor de Australia, después de una parada en Sidney y una visita a Tasmania, anclan breve tiempo en el estrecho de King George.

En rápido viaje pasan las Islas Cocos, con sus arrecifes de coral, y después la isla Mauricio. Hacia el 1 de junio alcanzan la punta sur de África. Visitan Ciudad del Cabo, donde Darwin conoce a Sir J. Herschel, notable matemático y astrónomo inglés, que lo impresionó grandemente.

Continúan la ruta, pero en vez de seguir hacia el Norte, como hubiera sido el deseo de Darwin, volvieron a Bahía (Brasil) pasando por Santa Elena y Ascensión, y luego ya hacia Inglaterra, a la que arriban un domingo por la tarde, el día 2 de octubre, en el puerto de Falmouth (Cornwall). Aquí Darwin abandona el barco y continúa su viaje a lo largo de la costa meridional de Inglaterra hasta la desembocadura del Támesis y río arriba hasta Londres. De allí, en diligencia, a Shrewsbury, a donde llegó el 6 de octubre.