课堂上学习的乏味，使达尔文的目光移向了学校的图书馆。在这知识的海洋里达尔又贪婪地吮吸着他感兴趣的各种知识，他跑图书馆借书的次数在同学中是最多的。
同时，达尔文在业余爱好方面已崭露头角。他和另外两个同学情趣相投，常在一起研究生物，共同去海边采集标本，进行解剖，向渔民请教、讨论切磋。达尔文童年时代对生物的热情复活了。
在爱丁堡大学学习了两年后，父亲已经清楚地意识到，要儿子在医学上有所作为的希望已经无法实现，他担心如果达尔文再这样继续下去，就可能变成一个懒懒散散，游戏人生的人。于是，就与达尔文做了一次严肃的谈话，并且提议让他去当牧师。由于达尔文对教会的事了解甚少，而且对英国教会的信条一直抱着怀疑的态度，所以他请求父亲允许他考虑一些时候再做答复。此后，达尔文十分细心地阅读了《皮亚逊的信条论》和其他几本有关神学的书籍。
英国教会的教义也是确切的真理，自己实在没有拒绝的理由，于是接受了父亲的提议。要成为一名牧师，就必须获得大学神学系的文凭。可是，达尔文从离开别特列尔学校后就不曾翻过一本古典的书。所以，经过一段补习后，才正式进入剑桥大学神学系，那年是1828年。
在剑桥大学也和在爱丁堡大学一样，达尔文也没有认认真真地去学神学，仍然热衷于收集昆虫，只不过他这时年龄稍大一些，能够约束自己的行为，尽量不让父亲生气。他不是循序渐进地进行学习，而是长期不上神学课、语文课和数学课。特别是对于古典文学的科目，他只选两三门必修课去上，而且上课也只是一种形式，做做样子，下了课他就丢下书本不肯再摸一次。每到考试临近时，他只好迫不得已地把甲虫的事放到一边，开始临阵磨枪，着手温习功课，应付考试。考试及格了，他会像小孩子一样欢呼雀跃，并在整张纸上写满“及格”这个令人愉快的字眼。他写信告诉他的朋友们，再没比考试过关后的心情让人舒畅和愉悦了。然而，考试一结束，达尔文便又暂时扔下必修课的学习，全神贯注地转到他那些心驰神往的兴趣上来，精心设计收集和制作昆虫标本。
在剑桥读书时，达尔文最热心做的仍然是收集各种甲虫。当他给自己收集甲虫的工作起一个十分时髦的名字——“为科学服务”。假期中，他吸引赫伯特加入了“为科学服务”的行列，他们每天或乘船去旅行，或到山林里去游玩。在平缓的山坡上，达尔文经常收集昆虫，特别是收集甲虫。他交给赫伯特一个装有酒精的瓶子，要赫伯特帮他收集各种他认为是罕见的甲虫。热心肠的赫伯特十分认真地去做，可是当他把所收集的一些“罕见的甲虫”拿给达尔文时，达尔文却毫不客气的全都扔掉，并且说：“你收集的这些甲虫都不是新奇的，全都没用。”赫伯特从不生气，仍然继续帮助达尔文收集甲虫。达尔文对昆虫学孜孜不倦的钻研精神，极大地感染着赫伯特，在以后的日子里，他时常帮助达尔文收集捕获各种昆虫，其中还发现了一些特别罕见的昆虫类型。达尔文十分感谢他的这位朋友。
达尔文一直把收集昆虫当作最大的乐趣。为了捕捉到更多更新的昆虫品种，他想出了许多收集昆虫的好办法。他专门雇用一个人给他从老树上刮藓苔，把刮下来的藓苔装进一只口袋里，或者是把运芦苇的驳船船底上的垃圾扫在一起。然后，由他一点一点地细心查找，从中发现新品种。有一次，他剥开了一块树皮，看到两只罕见的甲虫，于是两手各捉了一只。就在这时，他又瞧见了第三只新品种的甲虫，腹部带有大十字的花纹，他不忍心把它放走，急忙把右手抓住的甲虫放进嘴里用牙轻轻咬住，腾出右手准备去抓第三只甲虫。可是被咬在嘴里的那只甲虫本能地分泌出一种极其难闻的液体，使他感到一阵呕心，他大叫一声把这只甲虫吐了出来。这样一来，第三只甲虫也乘机溜掉了，结果只捉到一只甲虫。每谈到这件事，达尔文都为溜掉了那只腹部带大十字花纹的甲虫而感到非常遗憾。
艰辛的环球考察
1831年8月，亨斯洛教授收到剑桥天文学教授皮克的一封信。信中说：
“菲茨·罗伊舰长要为测量火地岛的南岸运河做一次旅行，然后将访问南海中的许多岛屿，再经印度群岛返航。所乘的军舰特别适于进行与测量有关的科学研究工作，因此这次航行将为一个博物学家提供难得的机会……不过现在还没有一位理想的博物学家，您能否热心推荐一位呢？他应当是一个不辜负于您的推荐的人，请考虑一下这个问题，如果失此良机，那对自然科学将是一种严重的损失。”
接到信后，亨斯洛教授立刻想到了达尔文，认为达尔文具有充分的条件可以去收集、观察和注意自然史方面一切值得注意的事。所以他向皮克教授推荐了达尔文。皮克教授听了汉斯罗对达尔文的介绍后，非常赞赏这个年青人，并且很快向达尔文发出了聘请书。达尔文读了聘请书后，马上表示接受聘请。但这一旅行计划遭到了父亲的坚决反对。他认为到南美洲去是一件不幸的事，航行将要担任牧师的达尔文不仅没有多大的帮助，而且有生命危险。达尔文与父亲争执好长时间，最后在舅舅的帮助下才说服了父亲，同意达尔文去南美洲旅行。听到这个消息，达尔文激动得几乎一夜未睡，第二天一大早便奔赴剑桥。他找到亨斯洛教授告诉了他结果。
达尔文带着恩师教授他的知识和给予他的鼓励去伦敦见菲茨罗伊船长。
菲茨罗伊船长是个瘦高个儿。他黑色的卷发向前梳着、留着长长的冀角，穿着一双漂壳的皮鞋，显露出贵族的身份。他的耳朵紧贴着脑袋，黑色的剑眉下，一双黑眼睛炯炯有神。他留着漂亮的小胡子，身穿眼下最时髦的衣服，不过看得出来，他是个阅历丰富很有威严的人。
达尔文钦佩船长那种彬彬有礼、热情而又坦率的作风，并且很快就和舰长成为亲密的朋友，他们一同讨论了这次旅行的问题。菲茨·罗伊舰长把自己的书籍交给达尔文阅读，把自己船舱里的用具和武器供给达尔文使用。他还建议达尔文同他一起用餐，并告诉他旅途中的饮食很简单，要准备吃苦头，准备经受许多考验和艰难险阻。他们的谈话持续了很长时间。
因为要做遥远的航行，达尔文认真编制了航海必需物品的清单，而且每天忙于购买和包装这些物品。菲茨·罗伊舰长劝达尔文尽量节约开支，东西尽量少带，只带最必需的衣服和其他东西，在这一方面达尔文是完全按照舰长的劝告做的。但是另一方面，菲茨·罗伊劝他一定要花60镑买一箱手枪，说如果不带手枪决不能上岸去。达尔文对这样一笔开支很不理解，在写给姐姐的信中说，他宁愿吊死，也不想花这么多钱买这种东西。结果他还是花了50英镑买了一支非常好的背枪和一箱好手枪，花5英镑买了一个望眼镜和一个指南针。而菲茨·罗伊舰长自己在购买火器上至少花了400英镑。同时，达尔文还写信给姐姐，请她把自己的几件衬衫、轻便布鞋、拖鞋、一些西班牙文的书籍、显微镜，以及地质学用的指南针寄来。在准备行装的紧张忙碌之余，达尔文还挤时间学习了如何确定地方的经度和纬度。
一切行装准备停当后，菲茨·罗伊舰长带达尔文参观了将载着他们出海远航的“贝格尔”号军舰。这是一艘排水量为230吨的小型军舰，外表看上去比较陈旧。舰长介绍说，这艘小小的军舰曾不止一次地经受住了狂风暴雨的袭击。在这艘军舰上，除了领导勘察工作的菲茨·罗伊外，还有1名负责绘图工作的助手，2个尉官，1名医生，10名军官，1名水手长，42名水兵和8名少年见习水手。此外，还有1名专门看管仪表、天文钟和其他仪器的人同，1名美术家，1名绘图员，1名曾去过火地岛的传教士和3名火地岛人。在军舰上，达尔文很快就同这些将要同行的人们相识了，他同他们一起闲聊，散步，一起用餐，并且帮他们做一些必要的准备工作。不久，“贝格尔”号被油漆的全然一新，所有甲板都已清扫干净，各种物品摆放得井然有序。总之，“贝格尔”号已经做好了启航的准备。
好不容易盼到了贝格尔舰启航的日子——1831年12月27日。雪后的早晨，万道霞光映得海面五彩缤纷，寒风推着波浪向西南方向涌去。这一天，在达尔文的生命史上揭开了新的一页，他感到无比的美好和幸福！
英国女皇陛下的贝格尔舰在海军部任命的菲茨罗伊舰长的率领下，它将穿过大西洋，沿着南美洲东西两岸和附近的岛屿横渡太平洋，顺着澳大利亚南侧进入印度洋，然后绕过非洲的好望角，回到大西洋，再经过南美洲东岸返回英国。
这是一次具有重要意义的航行。贝格尔舰将被称为“光荣的小舰”载入史册。它所以享有世界性的荣誉，并不是因为它完成了英国海军部那些有价值的测绘任务，而是因为随航的人中有一位将要成为十九世纪最伟大的生物学家查理·达尔文。
达尔文参加这次环球考察的原订计划是研究地质学和无脊椎动物学，因此参加航行不久，他就在船尾设置了一张网，捕获各种各样的水生动物，然后挨个地鉴定，把它们登记到册子里。对有的水生动物，他还作了解剖，绘成解剖图。他整天忙个不停。可是，晕船的痛苦常常迫使他不得不暂时中断工作。这是他参加这次远航首先遇到的最大威胁。
“海洋的壮观景象使我讨厌了，威克姆先生，”达尔文指着无边无际的海洋说，“这使我想起阿拉伯人的一句话，它是水的荒漠。我想，大多数水手也不见得真正喜欢海洋吧？”
“为什么？达尔文先生。”威克姆奇怪地问。
“晕船的痛苦远远超过了我原来的想象。人们说，晕船是一星期里就能够痊愈的小毛病，可为什么直到现在我还不能适应呢？”
是的，达尔文从登上贝格尔舰以后就时常感到晕眩，不舒服。他记得贝格尔舰准备驶出德文港的时候，一阵暴风忽然从西南方吹来，贝格尔舰好像弯腰鞠躬一样前俯后仰地颠簸起来，狂风的呼啸声，海涛的咆哮声，军官们嘶哑的命令声和水手们的叫喊声，把他这个第一次参加远航的人吓得魂不附体。后来贝格尔舰被迫改变了航期，可是晕船的痛苦却一直在折磨着他。
威克姆为了安慰这个初次参加远航的青年，劝他说：“不要紧，每个新参加航海的人都会感到不舒服的，有些人还晕得像烂醉如泥的醉汉一样。就是我们这些经常参加航海的人，也不会像坐在家里的沙发上那样舒服啊！”
“我不是想舒服，主要是晕船使我精疲力尽了，稍微动一下就像要昏死过去那样。”
“那么您就回去躺一躺吧！”
“不！让我把这一网小动物取上来再回去。”
达尔文继续忙碌着。这时候，贝格尔舰离开锡利群岛已经有一百海里，掉头驶向变幻莫测的比斯开湾了。忽然天空开始阴沉下来，狂风骤起，海面上巨浪翻滚，贝格尔舰剧烈地颠簸起来。达尔文渐渐觉得远方岛屿的轮廓在视野中模糊了，顿时感到天旋地转，再也站不住了，接着他就一个劲儿地呕吐起来。
有个水手担心地说：“航行才开始不久……”
不等那个水手的话说完，达尔文坚定地回答说：“放心吧，我一定会战胜……”说到这里，“哇——”地一声又吐开了。
大家急忙把他扶进舱房，让他躺在吊床上休息。达尔文看到水手们为他担心的样子，再次表示决心说：“请放心吧，我这次航行决不半途而废。否则，将来我在坟墓里也不会安息的！”
达尔文咬紧牙关忍受着吃不下、睡不着，晕眩、干呕的痛苦，减轻痛苦的唯一办法就是躺在吊床上看书。洪堡关于热带风景的描写，对于安慰他这个晕船人的心是最适合的了。
贝格尔舰不停地向前行驶。
“达尔文先生，达尔文先生，舰长问您能不能到甲板上去一下？”一个水手跑进舱房来说，“在甲板的一个角落里发现了一堆灰尘，舰长想请您上去看一看。”
“好，我一会儿就到！”达尔文说着，就起身向甲板上走去。
“您能站起来了，我很高兴，达尔文先生，”菲茨罗伊说，“听说您还没有吃东西，是吗？”
“没有什么，舰长，”达尔文回答说，“谢谢您托人给我送去了白兰地和水，可是我不能喝，刚喝一口就吐出来了。”
“等到了南美洲海岸，您的胃口就会像海军上将一样了，”舰长一面说一面用手指着那堆灰尘，“您看这是什么？”
“啊，这是熔岩灰，可惜太少了，”达尔文捏起一小撮灰尘放在手心里说，“要是能够再多一些，就太好了。”
“前樯的桅帆顶上落满了这种灰尘。我是早晨爬上去的时候看到的。”斯托克斯插嘴说。
“您能再爬上去给我多弄些下来吗？”
“当然可以！”斯托克斯抢着回答。
舰长说：“不行，只有为了完成比搜集熔岩灰更重要的任务，才能让我的军官冒这样大的风险去爬前桅杆。您想过没有，这样大的风，稍一疏忽人就完啦，达尔文先生。”
“那么，您能允许我自己爬上去吗？舰长。”
菲茨罗伊还在犹豫，达尔文已经向桅杆上爬去。水手们个个都为他捏一把汗，惊讶地仰望着他。
“斯托克斯，快点跟上去，眼看他就需要帮助了，”舰长不放心地说，“达尔文先生，小心点。”
达尔文的行动，完全出乎舰长的意料。这时候，菲茨罗伊内心不得不承认，当初自己根据达尔文鼻子的形状断定他不具备参加这次远航的足够的信心和精力，是错误的。