1月18日，“贝格尔”号又回到了圣卡洛斯海湾。第二天夜里，奥索尔诺火山爆发了。达尔文看到了这一奇异而又壮丽的景象，火山直到凌晨时分才平静下来。后来他又听说，属于科迪勒拉山脉最大的一个火山——阿康卡瓜山在当天夜里也爆发了，6个小时后，其北4300千米的科谢圭钠火山爆发，还发生了大地震。
1月23日，他们到达美丽的卡斯特罗。达尔文将带来的介绍信给了当地的彼得罗先生，受到了热情的接待，接受了彼得罗为他们雇的马匹，并在他的陪伴下沿海岸往南走去。
他们于1月28日回到圣卡洛斯。
2月4日，“贝格尔”号离开奇洛埃岛向北驶去，由于雾大，他们又耽搁了几天，于8日到达智利的瓦尔迪维亚。3天后，达尔文带着向导在这个地区旅行，美洲海岸上的常绿树木比奇洛埃岛上的要少，过了几座森林，他们来到了平原上。2月22日，“贝格尔”号离开瓦尔迪维亚，沿途进行勘测。
可是由于锚的破裂，他们只好去瓦尔帕莱索买新锚。3月3日，当“贝格尔”号正在进行航行时，他们感受到了一次强烈的地震。达尔文在“贝格尔”号驶进康塞普西翁市时，登上了基里基纳岛。他在这里首先看到的是大地震给这里带来的毁灭性的后果。达尔文很快得出结论：“地震真是威胁人类的罪魁祸首之一。”他一点一点地研究了地震后岩石层发生的变化，地面也在这次地震中产生了许多裂缝。因为地震在白天发生，不少人都能逃命，所以死亡人数并不太多。但是震后不久，由地震引发的海浪风暴却卷走了许多沿海的房屋和树木。3月7日，“贝格尔”号启航向瓦尔帕莱索驶去，于11日抵达那里。过了两天，达尔文出发上路，以便实现他越过科迪勒拉山脉的夙愿。在圣地亚哥，他早就做好了一切必要的准备。达尔文从平常人们在这里通过的两个山口中挑选了最近的、险峻的波尔季利奥山口，以便在归途中能更加容易地越过另一个乌斯帕拉塔山口。3月18日，达尔文离开了圣地亚哥，带着一名向导和一名赶着几匹骡子的人，好不容易才到达肥沃的马伊普河河谷。
达尔文对于这种“愉快而又自由自在的”旅行方式是这样描述的：“我们在有人居住的地方购买到一些木柴，租用一块牧场给骡子吃草，并且在这里露宿。我们自己带着铁锅，在晴朗无云的天空下，一面无忧无虑地安顿住宿，一面用铁锅烧煮晚饭。当时，我有两个同伴：一个是马里阿诺·贡萨列斯，他以前曾伴随我在智利旅行；另一个是阿里耶罗，他一个人赶着10匹骡子。”达尔文感到惊异的是，长着细腿的骡子竟能驮运骡队给它们装载的如此重的东西。骡子在平原要驮运将近187千米，在山地也要驮运将近142千克。
在科迪勒拉山脉的一些主要河谷的两侧2——4千米的高处，升起了一块块由粗糙的砾石和沙土组成的阶地。达尔文认为，这里的地质现象和南美洲东岸的地质现象一样，而南美洲东岸的地质史，主要归结为这些海岸在逐渐上升。上述阶地的下端在科迪勒拉山脉山口附近平斜下降，并不知不觉地同他早先从瓦尔帕莱索出发的各次游览中所考察的那些与外界隔离的平原连成一片。他认为，这些阶地是在海水浸没智利的时候沉积下来的，这种浸没也正像在目前地质时期海水浸没智利更南的海岸一带的情形一样。
因此，达尔文无论是在他的地质论文中，还是在他的结论中，都是赖尔的热烈拥护者，是那些认为科迪勒拉山脉是一下子形成的灾变论者的强烈反对者。从前山里的河流在上游冲开河道，使沉积物在水流缓慢的入海口处沉积下来。这些阶地就这样产生了，并逐渐随着高于海平面的陆地的上升，越来越向低处沉积，直到这些沉积物的地方一直达到现在的海平面为止。灌溉科迪勒拉山脉里的现代盆地的河流，都是一些从很陡的山坡上流下来的特别浑浊的真正的山涧急流。达尔文在《考察日记》中富有诗意地写道：“马伊普河沿着巨大的圆石块奔流时所发出来的咆哮声不亚于海的怒吼声。甚至在很远的地方，也可以清楚地分辨出，在奔腾的河水的喧嚷声里面所夹杂的石块互相撞击的声音。在这条河的所有地方，不论白天或者夜里，都可以听到这些声音。这种声音向地质学家雄辩地说明：被吸引到同一方面来的成千上万块石头在彼此互相撞击着，发出一种低沉的单调的喧嚣。这正好像是时间概念一样：已经消逝的每一分钟，都是一去不复返的。这些石块的情形也就是这样：海洋对它们来说是永恒的；而它们粗野的乐曲每一个音符都在向我们宣告说，它们又向着自己最后的命运前进了一步。”
3月19日，达尔文在攀登科迪勒拉山脉时遇到了许多牛群，当时牧人们已把它们往山下赶。冬季即将来临了，在山顶上他们发现了几处矿藏，在智利北部的山区可以经常发现矿物。越往上爬，植物就越少，但是出现了一些漂亮的山花，而禽兽和昆虫却几乎看不到了。达尔文指出他在其他地方没有看到过安第斯山那样的情况：两边是阶地或是平原，第二层次是完全裸露的颜色鲜亮的山丘，第三层次是连绵不断的岩脉，第四层次是因地层分布而显现出来的美丽景色，最后是由颜色鲜亮的岩石片所构成的圆锥形石堆，从高山基部升起，有时竟高达2000多英尺。
达尔文达尔文直到3月30日夜晚才到达耶奈谷。这个谷地形似一口铁锅，又称为“石膏谷地”，这里的石膏厚度达1000多米。3月21日，他来到了山麓下，这条山脉将许多河流分成两股，分别流往太平洋和大西洋。他沿着彼乌克涅斯山脉前行，这里的道路崎岖不平，非常难走。这个山脉是由红沙岩、砾岩层和泥贝岩组成的。他们一直走到中午才到乌克沓斯山脉。这里的空气稀薄，有人建议用葱来帮助呼吸，但是对于达尔文这个工作狂，只有化石才能让他忘掉这一切。考察队继续前进，来到了常年积雪的山顶地带，展现在达尔文面前的是另一番天地。
达尔文以他那敏锐的观察力发现雪地上有一些红色的类似于骡蹄印的印迹。达尔文原以为是风吹过来的灰尘，但是这种印迹还能被刮下来留在纸上，经研究这是一种水草微粒，它们能够把雪地染成红色。他们扎下帐篷，由于各种原因他们点不着火，烧不开水，过着艰苦的生活。
从科迪勒拉山脉下山比从朝向太平洋那面的山路下山要近得多，但是更陡峭。3月23日清晨，雾特别大，使他们根本看不见潘帕斯平原。晚上，他们宿营在海拔2000米的地方，东面河谷和智利河谷的气候和土壤性质差不多，但两地的植物却完全不同。同样的差别后来在哺乳动物、鸟类和昆虫方面也都得到了证实。然而科迪勒拉山脉东坡的植物和动物与巴塔哥尼亚的生物极为相似。在这里还发现了许多类似巴塔哥尼亚的植物，还有一些黑色甲虫，所有这些都说明要研究科迪勒拉山脉的生物分布是十分困难的。
山里的天气说变就变。3月24日，天上美丽的云朵不见了，但是达尔文仍能清晰地欣赏到山下潘帕斯平原的无限风光。后来他下了山并在山下住了一宿，第二天他朝东走过了一个沼泽地，踏上平原，用了两天的时间来到了门多萨。到了那里不久，他就把天上飞翔的一大片蝗虫当成是被大火映红的乌云。好大一块空间都被这些害虫占据着，由于数量极多，以至于它们拍动翅膀发出的声音就像是在刮一场大风或者说像在打雷。当这些害虫落在地面吃庄稼和野草的时候，整个地面都由原来绿油油的一片，变成了淡红色的一片了。