在皇家珀斯医院，马歇尔异常忙碌，一方面要开展专业学习，而另一方面又要兼顾家庭，4个孩子的上学和吃饭都需要他照顾。在这种背景下，马歇尔遇到了他的人生贵人和科研知己。1981年下半年，马歇尔轮转到胃肠科进行6个月培训时，其间被鼓励开展一项临床研究项目，他咨询指导老师汤姆·沃特斯的意见，老师给了他两个选择：一是整理和分析患者病历；二是协助病理科医生罗宾·沃伦开展实验研究。

让我们把时间拨回到两年前。1979年6月的一天下午，正在进行常规胃活体病理检测的沃伦无意间发现样本表面存在一条蓝色线条，在高倍显微镜下放大进一步观察发现，样本中含有众多弯曲、呈螺旋状的细菌。沃伦进一步用细菌染色方法证明了自己的发现，欣喜若狂的他随即对病理室保存的近10年的标本开展检测，结果发现超过30%的胃标本存在这种细菌。以前这种细菌之所以一直没被发现，一方面是因为从来没有人意识到胃内会有细菌存在，另一方面也是因为这种细菌比较脆弱，标本处理过程中容易被破坏而错失。沃伦搜集了更多确凿的证据来证明自己发现的正确性，然而，同行对这一发现嗤之以鼻：受传统观念影响，人们认为强酸性环境的胃内不可能容许细菌生存，即使有，也不大可能是胃病的发生原因。处于这种状态的沃伦向沃特斯请求帮助，希望提供人手拓展研究。

马歇尔毫不犹豫地选择协助病理科医生罗宾·沃伦开展实验研究，并迅速与其取得了联系。

马歇尔的第一个任务，是拿到一些胃病患者的临床资料。马歇尔对一位女性患者印象深刻——她当时主诉腹痛，但常规检查未发现胃内指标异常（当时细菌尚未被列入常规检测），最终不得不送到精神科开展治疗。随后马歇尔从这位女性患者及其他几位腹痛患者那儿重新获得新鲜标本，随后进行检测，最终证实沃伦的发现：患者的胃部内确实存在细菌。此后马歇尔坚信沃伦发现的正确性，每天朝气蓬勃地工作，希望能发现更多的蛛丝马迹。然而，同事们却都投来异样的眼光，他们原来以为神经“不正常”的只有沃伦一个，现在有两个了。

马歇尔进一步查阅相关文献，发现以前也曾有胃内细菌的相关报道，他更加坚信他们这一发现的正确性。1983年6月，他们的发现在著名医学杂志《柳叶刀》上发表，正式报道人的胃内存在细菌，后将其命名为“幽门螺杆菌”。