时遇到了一位对胃炎感兴趣的病理学家罗宾·沃伦，他们一起研究了与胃炎一起出现的螺旋杆菌。1982年，他们做出了幽门螺旋杆菌的初始培养体，并发展了关于胃溃疡与胃癌是由幽门螺旋杆菌引起的假说。幽门螺旋杆菌假说在刚刚提出时被科学家和医生们嘲笑，他们不相信会有细菌能生活在酸性很强的胃里面。为了让人们注意到这个理论，马歇尔服用了试管里面的细菌并且在不久后罹患胃溃疡，而后使用抗生素治愈了胃溃疡。1984年，在弗里曼特尔医院，马歇尔教授完成了幽门螺旋杆菌与胃溃疡之间的柯霍假设。此后，他一直在美国弗吉尼亚大学做研究，直至