1981年底，马歇尔完成胃肠科轮转后进入其他科室，后又于1982年5月完成皇家珀斯医院培训轮转到珀斯以北2000千米的黑德兰港医院工作，但仍继续着幽门螺杆菌的研究。

为进一步确定幽门螺杆菌是胃病致病原因，马歇尔决定遵循著名的科赫法则，在体外完成纯净幽门螺杆菌的培养。为此，他首先从溃疡患者的胃中采集细菌样本，随后将它们放置在培养皿中进行体外培养。遗憾的是，随后几个月均未成功，马歇尔对此一头雾水。1982年复活节后的第一个星期三，奇迹发生了，培养皿中出现了大量细菌菌落，经过进一步鉴定，这些细菌被确定为幽门螺杆菌。马歇尔深入调查后，才解开了前期失败之谜。原来，医院常规细菌培养为两天期限，两天后如没有菌落出现则推定培养失败，随后将培养皿进行处理，并告知马歇尔阴性结果。而在复活节周末却出现一个小插曲，当时医院特别忙，工作人员无暇顾及用作幽门螺杆菌实验的培养皿，将它们放置在旁边准备等有空时再做处理。这一耽搁就是几天，待他们想扔掉“无用”的培养皿时才发现实验就这样毫无征兆地成功了。原来幽门螺杆菌不同于普通细菌，它们生长缓慢，两天时间很难长出肉眼可观的菌落。马歇尔得知医院细菌培养流程后大为震惊且恼火，如果能早一天知道，让细菌培养多一些时日，实验进度将大大加快。不过，马歇尔也应该感谢这次无心之失，毕竟取得了成功，否则长期失败最终可能使他的细菌培养计划无果而终。

马歇尔进一步推测，若幽门螺杆菌感染真能导致胃溃疡，则理论上抗生素治疗应该有效。可是，他尝试了医院几种常用抗生素后均没有达到预期效果。在实验迟迟无法取得进展之时，马歇尔开始在历史文献中搜寻相关信息，最终发现19世纪60年代德国医生阿道夫·库斯莫尔曾使用铋化合物治疗胃溃疡并取得不错效果。受此启发，马歇尔为胃溃疡患者使用铋化合物，结果幽门螺杆菌的生长明显受到抑制，患者症状出现好转，但通常会在不久后复发，疗效难以持久。不久，马歇尔给一名胃溃疡患者也进行铋化合物治疗，这名患者由于并发其他感染而同时服用了抗生素甲硝唑治疗。奇迹再次出现，这名患者胃溃疡痊愈并不再复发，胃镜检测表明幽门螺杆菌完全消失。这个结果表明，在铋化合物和甲硝唑双重作用下，可达到有效杀灭幽门螺杆菌的目的。马歇尔敏锐地意识到自己找到了治愈胃溃疡的新方案。随后，马歇尔为多名胃溃疡患者尝试铋剂和甲硝唑联用治疗，结果大部分患者都痊愈了。

1982年10月，马歇尔首先在珀斯举办的皇家澳大利亚医师学院年会上介绍这项成果，却收到负面评价，在胃肠病学家看来，胃溃疡是由细菌导致的理念简直荒谬至极。1983年9月，马歇尔在比利时布鲁塞尔举行的第二届弯曲杆菌感染国际研讨会上再次报告自己的研究结果，却仍旧没有得到多少正向的回应，除了英国微生物学家马丁·斯基罗的大力赞赏，其他人大都持怀疑态度。当马歇尔和沃伦将自己的发现再次投稿给《柳叶刀》时，同行都不予认可，拒绝发表。

当时医学界的主流观点是：胃溃疡主要由压力、刺激性食物和胃酸过多等引起。抑制胃酸分泌的新药西咪替丁的发明和应用进一步强化了这一观点。斯基罗再次发挥重要作用，他与编辑部进行沟通，表明可重复马歇尔的结果，编辑部经过慎重考虑，最终于几个月后发表了这篇文章。