通过解释，孟德尔消除了助手的疑虑。于是，他们从种子商那里买来了34种不同的豌豆种子。经过两年的测试，他们从中选取了22个稳定的品种作为实验材料，这些品种都在它们的自花受粉形成的子代中表现出相同的特征。
四年的辛勤劳动换来的豌豆作材料是否真的合适？孟德尔又查看了英国人奈特，英国人戈斯和格特纳的论文，这些以豌豆为实验材料的论文又一次证明了豌豆是个好材料。老前辈克拉谢尔的“你一定会成功的”话语再次使孟德尔信心倍增。“对，就以豌豆为实验材料进行研究。”孟德尔从书桌前激动地站起来，果断地大声说。这时已经是1856年的一个深夜了。
科学的实验来不得半点虚假和懒惰。每年从春天到秋天，他天天全神贯注地监视着试验，认真记录着自己观察到的豌豆的七个相对性状，并且督促助手也认真记录结果，自己与他进行对照，发现观察结果不同，就重新观察，确保所观察记录结果的准确性。有一次，生了重病的孟德尔已两天未吃东西了，虚弱的他连站起来都比较困难，可到了观察时间，他硬是让另两个同事架着他到试验田中观察记录，直到昏倒在地上。正是这种坚韧不拔的精神使孟德尔积累了大量宝贵的科学实验数据。
面对八年时间积累起来的众多实验数据，具备扎实数学和物理功底的孟德尔没有被纷繁无序的数据所困扰。他不仅吸取了前人妄图一步登天的失败教训，而且天才地采取了由简到繁，循序渐进的研究方法，并且精密地采用了统计方法来分析实验结果。他决定先从一个性状着手研究，在弄清一个性状的规律后再研究两三个性状的规律。
对照、比较繁多的实验结果，孟德尔看到具有一相对性状的甲、乙两个品种进行正、反交时，即不论是以甲做父本，还是以乙做母本，它们全部都表现出了同样的结果。就拿高茎豌豆与矮茎豌豆间的杂交为例来说，不论是以高茎作母本，矮茎作父本或是以矮茎作母本，高茎作父本，它们杂交后全部的第一代个体，全部表现为高茎。以后子一代自交结的种子所长出的植株，除了大多数仍表现高茎外，又重新出现了少数矮茎。这是矮茎性状在子一代里仿佛暂时被隐藏了起来，直到子二代，它又重新出现。于是，孟德尔把那些杂交后在子一代中所显现的性状，如高茎、红花、黄色子叶等叫做显性性状；把那些在子一代中暂时不出现，到子二代中方才重新出现的性状，如矮茎、白花、绿色子叶等叫做隐性性状。这样孟德尔发现了性状的显与隐，但它们之间是否存在什么内在关系呢？
于是孟德尔采用统计分析的方法对子二代两种不同类型的个体数目进行了统计，这时他发现了一个令人惊异的结果，那就是这两种类型的个体数都毫无例外地呈现出一特有的比例——显性个体占3/4，隐性个体占1/4。先看种子形状吧。子二代中显性性状圆形的共有5474株，隐性性状皱形的共有1850株。两者间的比例为2.96∶1，它十分接近于3∶1。再来看一下子叶的颜色，子二代中显性性状黄色的共6022株，隐性性状绿色的共有2001株。两者之间的比例为3.01∶1，它也十分接近3∶1。孟德尔惊异之余，接着又一鼓作气地完成了其他5个性状的杂交实验。奇怪的是在这些试验里接二连三地都在子二代中出现了同一个神奇的比例3∶1。孟德尔惊喜地把这个结果告诉了助手，助手不信，又把子一代、子二代甚至于子三代的数据认真计算了一下，结果是两种类型个体间无一例外地出现了那个神奇的比例3∶1。
“子一代总是全部出现显性性状，而子二代又总是毫无例外地出现显性性状与隐性性状间3∶1的神奇比例，这可能是偶然的巧合吧？”助手仍然用疑问的语气对孟德尔说。
“不，绝对不可能。”孟德尔坚定地说，“我认为这种情况的发生应当是意味着它本身就是一种遗传上的普遍规律性。”
“然而出现这种神奇比例的原因是什么呢？”助手又一次问道。
“是啊，原因是什么呢？”孟德尔又一次深深陷入了思考之中。
许多天来，孟德尔茶饭不思，夜不能寐，冥思苦想可总是不能找到圆满的答案。有一天，疲倦的孟德尔索性丢开了生物方面的资料，随手拿了一本化学书，忽然道尔顿的原子说吸引了他，原子说的主要见解是：各元素是由各个具有一定性质和质量的原子所构成的，这些原子相结合而形成化合物，另外化合物被分解时，原子并不失去其原来的性质而游离出来，而且在A和B两种元素相化合形成两种以上的化合物时，在各个化合物中，对一定量的A元素，B元素的量成简单的整数比。举个简单的例子来说，氧原子和氢原子化合而成水，可是水分解后所产生的氧原子和从前的氧原子是完全相同的，而且氧氢之比为1∶2。这个学说一下子扣住了孟德尔的心弦，“如果将原子置换成遗传因子来看待生物又如何呢？”孟德尔眼前一亮，又重新思考起神奇比例的由来。
又经过几天的思考、归纳、整理，孟德尔终于找到了原因，他惊喜地把助手叫来告诉他：“我认为，首先生物的每一相对性状是由一对‘因子’来决定的，相对性状有显隐性之分，我把显性用D表示，隐性用d表示，如果是纯亲本则为DD或dd，而在杂种子一代Dd中，D和d互不影响地共存。由于杂种子一代Dd在产生生殖细胞时，D与d只是互相分开，不会丢失，这样一来，如果有一个生殖细胞里含有D，那就必定还有一个生殖细胞里含有d。因而不论是雌性生殖细胞，还是雄性生殖细胞，应当都有含D与d的两种，而且它们在数量上应当相等，各占1/2。以后到受精时，两种数目相等的分别含有D与d的精与卵随机相遇，这将结合成为DD，Dd，dD与dd四种合子，它们将各占后代总数的1/4。DD，Dd，dD都表现为高茎，故占总数的3/4，而dd表现为矮茎，占总数的1/4。这就是神奇比例3∶1的由来。”
后来，根据这神奇的比例，孟德尔总结出了带有根本性的遗传规律——分离定律和自由组合定律，这些定律就像一盏明灯一样，照亮了近代遗传学的发展途径，也为现代的生物工程奠定了坚实的理论基础。
1865年，历经8年累积起来的实验成果公之于世的时刻终于来临了，2月8日和3月8日孟德尔分两次在布尔诺自然科学会的例会上向40多位植物学家、化学家、博物学家们宣读了他的论文，但人们对于新奇的杂交结果及其有规律的神奇比例越听越难于理解，讲演完后谁也没有对此提问题，也没有进行任何讨论，只是默默地向黑夜的街头散去。但是孟德尔没有气馁，他把实验内容写成长45页的论文发表在第二年的《布隆自然科学协会会刊》的第四卷上，并命名论文为《植物杂交的实验》。
孟德尔的理论超越了当时学者所能接受的水平。当时是融合遗传的观点占统治地位，认为父母双亲的遗传特性在子代中融合在一起，呈现中间类型，像一杯墨水和一杯清水混合在一起，以后的世代中也不会有明显的分离现象。而孟德尔的理论认为遗传是由遗传因子决定的，控制各种性状的遗传因子在遗传中互不沾染，这是完全不同于融合遗传的一种颗粒性遗传的观点。另外，孟德尔用数学统计方法来分析实验结果，也超越了当时学者所能接受的水平。孟德尔本人对这一点也有一定的认识，他给他的朋友植物学家内格利写信时说：“我知道我所获得的实验结果是不容易同我们当代的科学知识相容的，既然如此，发表这样孤立的试验就是加倍危险的！”
孟德尔对自己的论文未得到承认并不气馁，仍然一如既往地工作和学习，并坚信“我的时代，即将到来。”
是金子总会发光，事隔35年后，即1900年，三位植物学家各自独立地经过多年的植物杂交工作，获得了与孟德尔35年前所发表的同样结果。整个生物界被轰动了，人们奔走相告，被埋没了35年的论文终于得到了世界的承认，孟德尔的名字也突然显赫于世，从此生命科学诞生了具有真正意义的遗传学科，孟德尔的论文闪烁着无穷的智慧之光。
