3月7日，“贝格尔”号起航了，向瓦尔帕莱索驶去，11日抵达那里。稍作歇息后，达尔文为了实现自己越过科迪拉山脉的夙愿，带着一名向导和一名赶着几匹骡子的人，又旅行了。他从这里的波尔季利奥山口进入，3月18日，艰难地到达肥沃的马伊普河河谷。
在科迪拉山脉，一些河谷的两侧，有一片片粗糙成层的阶地，是由砾石和沙土组成。达尔文认为，南美洲东岸的地质史主要归结为这些海岸逐渐上升，这里的地质现象和南美洲东岸的地质现象一样。不同的是，在科迪拉山脉山口附近，上述阶地的下端是平斜下降的。他认为，在海水浸没智利的时候，这些阶地被沉积下来。
3月19日，达尔文正在攀登暗红色的层状悬岩时，看到了一群群牛。在科迪拉山脉较高的牧场，冬季将临的时候，牧人都会把牛群赶往下游。天黑的时候，达尔文随便找了户人家，借宿在那里。他借宿的地方，位于圣彼得罗德诺拉斯科山山麓旁边。在这座山的山顶上，达尔文发现几处矿场。在智利北部的山区，经常能发现一些矿场。
越往上攀登，植物越少，禽兽和昆虫更是见不到了，反而出现了一些漂亮的高山花。达尔文指出，安第斯山脉具有其他山脉不具有的特征：
第一，河谷两边平坦的阶地有时变为狭长的平原；第二，斑岩山丘完全裸露着极其险峻，颜色鲜亮，主要是红色和紫色；第三，岩脉是巨大的，而且像墙壁一样接连不断；第四，一些地层明显地分离开来，形成两个结果：在它们呈较倾斜状态的地方，就构成一些沿着主脉边缘的巨大的高山；但是，在这些地层直立状的地方，却是风景俊美，形成奇特的中央高峰；第五，岩石片美丽、颜色鲜明，它构成了光滑的圆锥形石堆，从高山基部开始算起，最高能到两千多英尺的高度。
3月20日夜晚，达尔文艰难地走到耶索谷，也叫做锅形谷地。这里的石膏层厚度极为惊人，有一千多米。
第二天，他到了山脉的山麓下，这条山脉是沿着科迪拉山脉的两个平行的主山脉中的一个山脉，成为分别流到太平洋和大西洋里去的河水的分水岭。从这里开始，道路变得越来越难走。
冷风吹着达尔文的考察队，越接近山顶风越大，他们已经进入常年积雪地带。
达尔文注意到骡子的蹄子好像出血了，蹄子踩在雪地上，会留下血迹斑斑的踪迹。达尔文认为，可能是从周围吹过来的红色斑岩灰尘造成的。他后来用纸擦了一下雪，纸面上也出现这种砖红色的痕迹，他把残迹从纸上刮下来。最后发现，是微小的水草微粒体。这种水草，时常出现在北极地带，把那里的雪染成红色。
夜晚来临，在两条主山脉中间的一个山地里，他们宿营了。这里找不到任何烧火的东西，水不到沸点就开了。
第二天，穿过中间的谷地，考察队开始攀登第二个主脉——波尔季利奥山脉的山口。这是一次为时很久、极其艰难的攀登，山脉海拔四千多米。险峻的圆锥形红色花岗岩山丘在左右两边耸立着。下面辽阔的土地上常年覆盖积雪，有些地方的积雪因为一直不能融化，变成雪塔或雪柱。
抬头向上望去，会感到一阵疼痛，冰花像小针头一样，随风纷纷扬扬地降落在达尔文和他的同伴们身上。他们只得从半途下来一些，在一个巨大的岩块旁边，找到一个舒适的避寒处夜宿，实在没办法再往上攀登了。
3月23日，他们沿科迪拉山脉东坡的路下山。不过，下山的路比上山攀登的路还要陡。一片闪闪发光的云海在他们脚下，一整天他们都置身于其中，因为云海的缘故，他们在半山腰上也看不到潘帕斯平原。海拔两千米的地方，他们找了个地方宿营了，这里有一片灌木林可以作为燃料，还有一片草原，可以喂喂骡子。
东面一些河谷和智利那一面河谷的气候和土壤属性是相同的，但两地的植物完全不同。这样的差异在动物方面也有实例：太平洋海岸一带有5种老鼠，大西洋海岸一带有13种老鼠，但两地却没有一种是相同的。其实，在鸟类和昆虫方面也有这样的例子。
这里的生物有刺鼠、鼫、犰狳科的三个种、鸵鸟、雷鸟的几个种，与较远的巴塔哥马亚的生物非常像，不仅动物，植物也一样，巴塔哥尼亚的多刺的灌木、干枯的草和小植物，还有爬行缓慢的黑色甲虫在这里都能发现。
3月24日，云海突然散去。在高山上，达尔文欣赏到一望无际的潘帕斯平原。
从科迪拉山下来后，达尔文穿过一个低洼的沼泽地，沿着干燥的平原，往北朝门多萨走去。
在门多萨附近，达尔文看到南方的天空里有一片奇怪的、略呈红棕色的乌云，达尔文还以为是哪里起火升起的浓烟呢！他过一阵子才知道，那是一大群蝗虫在飞翔，蝗虫占据了从离地面六米处到五百米处的全部空间。蝗虫发出的声音，就像战场上的战车从地面上飞驰时发出的声音。当蝗虫落到地面后，地面再也看不到一点绿色，因为蝗虫比地里的草还要多，地面就变成了淡红色。
3月29日，达尔文出发从门多萨的北面出发，经斯帕利亚塔山口，返回智利。途中的有些地方是不毛的荒漠或长满了低矮的仙人掌，太阳灼热，扬起阵阵微细的尘雾，而且还没有水喝，达尔文在这种条件下步行了七十多公里。
斯帕利亚塔山脉的地质结构和太平洋海岸的第三纪地层相似，如果是这样的话，石化树木的遗迹应该出现在这里。果然，在近两千米高的光秃秃的山坡上，看到了几根雪白的柱子，柱子的大小和一些树木差不多。它们的外形给达尔文留下了强烈的印象，这些就是南美杉科石化的树木。
在这几次旅行中，达尔文一直对动植物的研究比较上心，对地质工作和对地质的思考也同样没有放松。
在峡谷之上，天然石拱门横跨在英卡桥上。经过这里，达尔文继续到中央主脉去旅行。这里有一条上坡路，通到山口的顶端，这条迂回曲折的路非常陡峭和险峻。天空阴沉沉的，山顶上刮着寒风。达尔文终于看到了科迪拉山山峰，山恋起伏的高山风景优美。山下长满了常青树，还有巨大的仙人掌，像枝形烛台一样。
在这二十四天的旅行中，他两次越过科迪拉山脉。4月10日，达尔文终于回到圣地亚哥，稍微休息了一下，他又回到瓦尔帕来索。
在给汉斯罗的信中，关于地质论断的结论，达尔文进行了特别详细地叙述。通过对南美洲东西两岸的地质情况和科迪拉山脉的地质情况进行考察，达尔文得到大量翔实的材料，通过对这些材料的整理并融会贯通，他作出了初步的结论。达尔文在信中还写到他所遇见的石化了的树木，并叙说了关于地面隆起和沉陷的结论。汉斯罗收到达尔文这样的来信感到很惊奇，这个以前曾经有些幼稚的学生和朋友现在已经成长为一个学者。
1835年11月16日，在剑桥哲学学会上，汉斯罗宣读了达尔文在航行中的这些研究成果。因为这些观点很受欢迎，汉斯罗就把这些内容印刷成小册子，分发给需要的人。
受赖尔的影响，达尔文渐渐也成了一个地质学家和学者，在考察中，他能得出自己严谨的结论。
4月7日，已经取得了一些成就的达尔文并没有满足，他决定再去旅行。这次旅行的地点选在智利的北部地区，旅行路线他也制订好了：沿海城市科舍博——瓦斯科——科皮亚波。 “贝格尔”号也会去科皮亚波这一站，等达尔文到那里的时候，正好能赶上“贝格尔”号。他们这次全都骑马，行李用骡子驮运。
他们穿过钟山山麓的基尔奥塔河谷，此地产黄金，当地人以淘金为生。然后，旅行者们沿着智利中部地区的海岸旅行。愈往前行，土地变得愈贫瘠，这里的植被都是与丝兰属相似的高大植物。
5月4日，达尔文从海岸转向内陆的伊利亚佩尔，这个肥沃的河谷里有很多矿场。在洛斯奥尔诺斯区的主要山上，山体因采矿被钻满了窟窿。
这里的矿工们很辛苦，每天从七十二米深的矿井里背上去超过九十公斤的矿物，要背十二次，也就是说，一天要背出一千零八十公斤的矿石。在背这十二次矿石的间歇时间里，也不能闲着，要去敲碎矿石和搜集矿石。达尔文看到，他们的全身肌肉绷得紧紧的，身体向前弯曲，双腿也弯曲着，用自己的双臂倚靠在梯级上；他们的嘴角向后咧着，呼吸急促，脸上挂着大颗的汗珠，不断地滴到胸口。达尔文知道他们是自愿的，但是，看到他们从矿井里爬出来的样子，他就感到极不舒服。
5月14日，达尔文来到了科金博，这是座寂静的城市，人口大约七千人左右。
达尔文对沿途地区都进行了地质调查，这里阶梯形的砾石阶地令他最为感兴趣。这些阶地和智利的、圣克鲁斯河河谷的都一样，都证明了同一个结论，阶地是由海水的冲刷而成；这同时也证明了另一问题，陆地在逐渐上升。
5月21日，他参观了阿劳科矿区，然后又动身到肥沃的科金博河谷，那里遍布葡萄园和果树园。
6月2日，他从内陆又转向海岸，往北到瓦斯科。这里的土地看不到一点绿荫，都是荒漠。在最干燥的地方，有一群群陆生螺轮蜗牛集结在一起，它们在等待春天会不会有什么小植物长出叶子来，这样它们就不会一直饿着了。
6月4日，沿着荒凉的平原，达尔文继续赶路，这里只有大群的羊驼在吃着草。在平原上，越往前走草越少，不毛之地愈来愈多，马匹连吃草都很困难。人们说，这里已经十三个月没下雨了。
6月12日，达尔文到了旅行地最后一站——科皮亚波河谷。科皮亚波是一个很大的城市，这里的居民每家都有一处果园，城市与矿场紧密地联系在一起，所以，这里的人经常谈论矿场和矿石。
达尔文估计“贝格尔”号还得一个星期左右才能到达这里。达尔文趁着这个空当，又决定去旅行。
达尔文雇了一名向导，还带了八匹骡子和足够的饲料。沿途有一个被称为“无人”谷的地方，听说那里有好几个世纪都没下过雨了。这里的河谷也是由海水冲刷而成的，这和达尔文出发前所说的一样。在这个无水的沙漠里，达尔文看到了七八间房屋废墟，这些坚固的房子是用黏土建造的，看起来像古印第安人住的。
达尔文在登山的途中，看到了古秘鲁人开凿的灌溉系统和人工水道，但是都被遗弃了。后来，他在秘鲁遇到一位名叫吉尔的土木工程师，吉尔对这个地区特别了解，他向达尔文解开了这个谜团。在频繁的地震中，许多建筑物遭到破坏，河流被堵塞，致使河水经常改道。这些灌溉渠在河水改道后毫无用处，只能被遗弃，有的甚至遭到毁坏。
6月28日，在登山的途中，达尔文碰见了几头羊驼，还碰到一种很接近羊驼的山地动物骆马的足迹。他发现这里有一种小狐狸，它们能捕捉这里为数甚多的老鼠。达尔文通过观察这些老鼠得知，它们能生活在地球上一些最干燥的地方。晚上的时候，达尔文就和向导露宿在山麓下的大高地上，尽管达尔文穿着防寒衣服，还是抵不住从山顶上刮来的阵阵寒风，更何况，他们露宿的旁边还有一些大雪堆。所以，他的全身都冻僵了，整晚都没睡着。
6月29日，达尔文返回科皮亚波河谷，7月1日到达那里。
三天后，“贝格尔”号也到了。奇怪的是，他并有看到菲茨·罗伊舰长，舰上暂时由韦克姆指挥。
原来，在瓦尔帕来索时，“贝格尔”号听说英国军舰“挑战者”号在阿劳科附近遇难。“挑战者”号的萨姆尔舰长是菲茨·罗伊的挚友，萨姆尔和全体舰员都在印第安人那里受苦受难。菲茨·罗伊要伪装成领港员的身份去搭救他们。
7月12日，经过一段时间的航行，“贝格尔”号停泊在秘鲁的伊基克港。伊基克位于一块很大的沙土平原之上，在海拔五百米左右高的海岸大石壁脚下。这里的地表上覆盖着一层很厚的东西，普通食盐和成层的盐土层。在这一地方，这些东西大概是地表逐渐上升到海面时沉积下来的。这个地方就像干净的雪地上被脚踩过的样子。
这里经常不下雨，食物和淡水都要用船从北面四十海里的居民点处运来，所以水的价钱特别昂贵。达尔文想去伊基克唯一的富源——硝石矿场去一趟，费了很大的劲，他才雇到一名向导和几头骡子。在位于海拔一千米的高处，达尔文参观了硝石场。返回伊基克时“贝格尔”号正准备起锚前往利马。
7月19日，“贝格尔”号停泊在卡亚 ——秘鲁首都利马附近的一个沿海港口。这里浓雾弥漫，天空乌云密布。因为雾气大，穿的衣服经常湿漉漉的。沿岸有许多小死水塘，人们认为正是这些水塘让疟疾得以传播，他们说，水塘里有一种有害气体，是来自沼泽中的“瘴气”。
秘鲁这时很混乱，处于无政府状态下，四名将军为了最高权力正在相互争夺。为了安全起见，到远一点的地方去旅行都不行，即便是近处的利马，达尔文也去了一次。在这里，他还打过一次猎，不过，他的目的不是打猎，还是为了旅行。打猎的时候，他看到古秘鲁人村庄的废墟、灌溉渠和古墓，这些都证明，这里居住过古代民族，在欧洲人到来之前，就已经有很高的文化水平了。
