1960年罕见的天灾人祸，带来了严重的粮食饥荒，一个个蜡黄脸色的水肿病患者倒下了……隆平的5尺之躯也直接经历了饥饿的痛苦。
袁隆平目睹了严酷的现实，他辗转反侧不能安睡。他想起旧社会，人民受统治阶级的剥削压迫，受战争的痛苦，缺衣少食，流离失所。今天，人民当家作主，但仍未摆脱饥饿对人们的威胁。他决心努力发挥自己的才智，用学过的专业知识，尽快培育出亩产过800斤、1000斤、2000斤的水稻新品种，让粮食大幅度增产，用农业科学技术战胜饥饿。
袁隆平赞成这样一个公式：知识+汗水+灵感+机遇=成功。
他依据对遗传学已有的较深的认识，对试验田里的退化植株仔细进行观察和统计分析，不仅论证“鹤立鸡群”的稻株是“天然杂交稻”，而且从其第一代的良好长势，充分证明水稻也存在明显的杂交优势现象，试验结果使他确信，搞杂交水稻的研究，具有光明的前景！
可是，杂交水稻是世界难题。因为水稻是雌雄同花的作物，自花授粉，难以一朵一朵地去掉雄花搞杂交。这样就需要培育出一个雄花不育的稻株，即雄性不育系，然后才能与其他品种杂交。这是一个难解的世界难题。袁隆平知难而进，他认为，雄性不育系的原始亲本，是一株自然突变的雄性不育株，也能天然存在。中国有众多的野生稻和栽培稻品种，蕴藏着丰富的种子资源，是水稻的自由王国，“外国没有搞成功的，中国人不一定就不能成功”。
袁隆平迈开了双腿，走进了水稻的莽莽绿海，去寻找这从未见过、而且中外资料没见过报道的水稻雄性不育株。时间一天天过去，袁隆平头顶烈日，脚踩烂泥，驼背弯腰地、一穗一穗地观察寻找。“功夫不负有心人”，终于在第14天发现了一株雄花花药不开裂、性状奇特的植株。袁隆平欣喜若狂。
1964年6月到1965年7月，他和妻子邓则，又找到了6株雄性不育的植株。成熟时，分别采收了自然授粉的第一代雄性不育材料种子。经过两个春秋的试验和科学数据的分析整理，撰写出第一篇重要论文《水稻的雄性不孕性》，发表在1966年《科学通报》第17卷第4期上。文中还预言，通过进一步选育，可以从中获得雄性不育系、保持系（使后代保持雄性不育的性状）和恢复系（恢复雄性可育能力），实现三系配套，使利用杂交水稻第一代优势成为可能，将会给农业生产带来大面积、大幅度的增产。这篇重要论文的发表，被一些同行们认为是“吹响了第二次绿色革命”的进军号角。
又经过8年历经磨难的“过五关”（提高雄性不育率关、三系配套关、育性稳定关、杂交优势关、繁殖制种关），到1974年配制种子成功，并组织了优势鉴定。1975年又在湖南省委、省政府的支持下，获大面积制种成功，为次年大面积推广作好了种子准备，使该项研究成果进入大面积推广阶段。