小猎犬号在第一次航行归来后需要整修，上层甲板被抬高，船底也被加固，因而起航的日期一再延期。10月24日，他再次到达普利茅斯，等待最后的起航。他和菲茨罗伊、斯托克斯一起住在码头，并认识了船上的一些海军军官，以及小猎犬号的官方博物学家罗伯特·麦考密克。他学习了仪表知识，并做了一两次短途地质考察。亨斯洛、惠斯利、范妮都给他寄去了信件。12月10日，小猎犬号正式起航。达尔文并不适应，晕船的反应十分强烈。傍晚又遇上风暴，菲茨罗伊被迫下令返航。达尔文回到海港准备他的航海日记，并学习了数学、西班牙语和德语，阅读博物学书籍。12月21日再次出海，但在退潮时搁浅，半小时后才进入公海，次日由于风向改变而返航，行程又一次延期。12月27日，小猎犬号才再次起锚，驶向外海。出海次日，就有四名船员因为圣诞节犯的错误受到鞭刑。到达马德拉群岛后，达尔文呕吐得很严重，没有上岸。1月6日他们到达圣克鲁斯，一名官员跑来告知他们需要接受12天检疫。他们没能登陆，只得继续往南，两天后离开了特内里费岛。1月16日，小猎犬号抵达普拉亚，达尔文和菲茨罗伊一起见了佛得角群岛的葡萄牙总督和美国领事。菲茨罗伊开始他的测量，达尔文则和马斯特斯、麦考密克一起去远足。他发现了海平面上方约30英尺处的岩石中夹杂的由贝壳和珊瑚构成的带状物，这表明有些地方发生过沉陷过，是莱尔观点的有力证明。他们在佛得角一直待到2月7日，16日越过了赤道，达尔文受了刮脸礼——脸用油漆、柏油擦过后刮干净，再按在注满海水的帆中，这是新船员必须接受的仪式。