Enquanto o Beagle continuava com o seu trabalho de levantamento, navegando junto a costa, Darwin passou muito de seu tempo longe do navio. A certos intervalos, o Beagle retornava a certos portos em que a correspondência poderia ser recebida e onde as anotações, diários de Darwin e suas coleções eram mandadas de volta para Inglaterra. Darwin fez várias visitas ao continente, com companheiros de viagem das regiões que visitava. Na praia de Punta Alta em setembro de 1832 ele encontrou ossos fossilizados de mamíferos gigantes extintos. Um que ele achou que poderia vir a ser de um rinoceronte, veio a ser um Megatherium, uma preguiça gigante, e o outro foi o de um tatu gigantes, o Glyptodonte. Em novembro, na cidade de Montevidéu a correspondência que chegava da Inglaterra incluía uma cópia do segundo volume dos Princípios da Geologia de Lyell, que apresentava uma variação de Criacionismo relatando a idéia de mudança gradual, onde espécies eram criadas em “centros de Criação” e iam a extinção a medida que o ambiente mudava, para sua desvantagem.
Eles chegaram à Terra do Fogo em 1 de dezembro de 1832 e Darwin ficou perplexo com o estado de selvageria dos nativos, em grande contraste com o comportamento civilizado dos três fueguianos que eles estavam retornando como missionários. Ele descreveu seu primeiro encontro com os nativos fueguianos como sendo “sem exceção o espetaculo mais interessante e curioso que eu já tinha visto: eu não podia acreditar quão grande era a diferença entre os selvagens e os homens civilizados: era maior do que de um animal selvagem e um doméstico, visto que o homem tem um grande poder de melhoramento.”
O Beagle foi então para as Ilhas Malvinas, chegando logo depois da invasão de 1833. Darwin estudou a relação das espécies e dos habitates e encontrou fósseis antigos como os que ele encontrou em Gales. Fitzroy trouxe uma escuna para ajudar no levantamento. Eles retornaram a Patagônia, onde a escuna foi provida com uma superfície inferior de cobre e rebatizado de Adventure (Aventura). Darwin foi assistido em preservar espécimes, por um jovem marinheiro chamado Syms Covington.
Durante a viagem pela América do Sul, Darwin estudou a diversidade de emas nos pampas, e além disso encontrou ossos gigantes de um possível ancestral das capivaras, a qual mandou também para a Inglaterra