ב-1953 שכלל בורלוג את טכניקת ה-multiline. הוא רצה להבטיח שגנים של עמידות למחלה לא ייעלמו מאוכלוסיית הצמחים, ומצד שני לנסות לשפר את העמידות בעזרת גנים נוספים. כל קו פותח בשיטת הכלאה מחזירה (Backcrossing) שבה נעשית הכלאה של צמח מכלוא (hybrid) עם צמח הורה. בורלוג דאג שהגנוטיפ של כל קו יהיה שונה מזה של חברו. הוא ערבב חמישה עד עשרה קווים בשדה לקבלת multiline. לשדה כזה תהיה כמעט תמיד עמידות חלקית או מלאה לפתוגן. כאשר מתגלה שקו מסוים רגיש למחולל המחלה, הקו הספציפי מוחלף בקו עמיד לצורה המסוימת של הפתוגן. בתהליך שפיתח בורלוג יש מאגר קבוע של קווים שונים בעלי עמידות לצורות שונות של המחלה. שיטת ה-multiline עוזרת למנוע התפשטות מהירה של המחלה, ומבטיחה שהפגיעה בשדה תהיה חלקית בלבד, עקב קיומם של קווים בעלי גנוטיפ שונה.
חיטה ננסית.
על מנת לשפר את היבולים בקרקע הדלה בחנקן, היה על בורלוג וצוותו להשתמש בדשן. אולם, צמחי הזנים שבהם השתמש היו בעלי גבעול צר וארוך. הדבר הביא לתופעה שבה צמחים גבוהים התמודדו טוב יותר מצמחים נמוכים על אור השמש, אך נטו לקרוס מעומס הגרעינים בעקבות העלייה ביבול. לבעיה זו המכונה "רביצה", ניסה בורלוג למצוא פתרון על ידי הכלאה עם זנים בעלי קנה גבעול קצר וחזק יותר. ב-1953 הוא רכש זן חיטה יפנית ננסי, בשם "נורין 10", אשר פותח על ידי אורוויל פוגל והוכלא, מאוחר יותר, עם זן אמריקאי עתיר יבול. תכונת הננסיות בחיטה היא בעלת חשיבות אגרונומית. בזני החיטה הננסיים הגבעול הוא עבה ותופעת ה"רביצה" שכיחה פחות. אורך הגבעול בזן שפותח היה כ-2/3 מאורך הגבעול בזנים המסורתיים במקסיקו. כמו כן, מספר הגבעולים (ובעקבות כך גם מספר השיבולים) בכל צמח היה גבוה יותר בזן שפותח. על מנת להתאים את זן החיטה הננסי לתנאי האקלים, הקרקע והמחלות המקומיים, הכליא אותו בורלוג עם זני החיטה העמידים למחלות שפותחו קודם לכן.
ב-1963 מקורו של 95% מיבול החיטה במקסיקו היה משני זנים ננסיים למחצה ועמידים למחלות שפותחו על ידי צוותו של בורלוג. באותה שנה, היה יבול החיטה במקסיקו גדול פי שישה מיבול החיטה ב-1944, השנה שבה החל צוותו של בורלוג לעבוד. מקסיקו הפכה מיבואנית חיטה למדינה המספקת את צרכיה ואף מייצאת חיטה. ב-1964 הוציא הצוות ארבעה זני חיטה חדשים ומשופרים.
התפשטות לדרום מזרח אסיה, המהפכה הירוקה.
ב-1961 וב-1962 נשלחו על ידי משרד החקלאות האמריקני מספר קווים של החיטה האביבית הננסית, אשר פותחה על ידי צוותו של בורלוג, לבחינה באקלימים אחרים. בין היתר, גודלו חלק מזנים אלו על ידי מכון המחקר החקלאי ההודי, הסמוך לניו דלהי. ב-1962 ביקש החוקר ההודי, מ. ס. סוואמינטן, באמצעות משרד החקלאות ההודי, להביא את הזנים החדשים להודו ובמקביל, לתאם ביקור של בורלוג בהודו. ב-1963 הגיע בורלוג להודו בשליחות קרן רוקפלר וממשלת מקסיקו. הוא הביא עמו 400 ק"ג של ארבעת הזנים שזכו להצלחה המרבית במקסיקו ועוד מאות דוגמאות של זנים בתהליך פיתוח. זנים אלו נזרעו במספר אזורים שונים בהודו בחלקות ניסיוניות.
באמצע שנות השישים הייתה תת-היבשת ההודית במצב של סכסוך אזורי סביב אזור קשמיר ובמקביל, עברה תקופות קשות של רעב, אף על פי שארצות הברית שלחה לאזור משלוחי חירום אשר כללו מיליוני טונות של דגנים. הבירוקרטיות ההודית והפקיסטנית ובמקביל, השמרנות באזור והנטייה לדבוק בטכנולוגיות החקלאיות הקיימות עכבו את תוכניתו של בורלוג להיכנס לייצור חיטה בקנה מידה נרחב. אך ב-1965 הרעב היה כה גדול והממשלה ההודית החליטה לקדם במהירות את תוכניתו של בורלוג.
במשך שנות השישים, שלטה בקרב המומחים ההנחה כי רעב עולמי אשר ימית מיליונים הוא עובדה מוגמרת ויופיע בקרוב. הביולוג פול ארליך כתב ב-1968 ברב המכר שלו "פצצת האוכלוסין" כי "הקרב על האכלת כל האנושות תם... בשנות השבעים והשמונים ירעבו למוות מאות מיליונים, למרות כל תוכניות הבזק אשר יוצאות עתה לדרך". ארליך אף טען "אני רוצה לפגוש מישהו אשר מתמצא במצב ויוכל לטעון כי הודו תוכל לכלכל את תושביה בכוחות עצמה עד 1971", ו"אין שום דרך בה תוכל הודו להאכיל עד שנת 1980 מאתיים מיליון הודים נוספים".
ב-1965 נשלח משלוח ראשון של 450 טון זרעי חיטה (200 טון יועדו להודו ו-250 טון לפקיסטן) משני זני חיטה שהצליחו במקסיקו ובניסיונות בהודו. בעיות ביורוקרטיות עכבו את המשלוח במקסיקו ובארצות הברית. בעת שהיה המשלוח על אוניית משא בים, פרצה מלחמה בין הודו ופקיסטן על מחוז קשמיר. האיחור בהגעת הזרעים יצר מצב בו לא ניתן היה לבצע מבחני הנבטה, בחלק מהאזורים היה צריך לזרוע מיד והתברר כי אחוז הנביטה בשדות הראשונים אשר נזרעו הגיע רק ל-50% (בגלל חיטוי נגד מזיקים שקיבלו הזרעים באחסנה במקסיקו). בעקבות כך הורה בורלוג להכפיל את כמות הזרעים ליחידת שטח בשאר השטחים שטרם נזרעו. ההצלחה הייתה מיידית. היבולים ליחידת שטח אשר נקצרו משטחי הניסיון היו הגבוהים שהושגו אי פעם בדרום אסיה. הממשלות ההודית והפקיסטנית התחייבו לרכישת כמויות ענק של זרעי חיטה. ב-1966 רכשה ממשלת הודו 18,000 טון זרעים של הזנים "לרמה רוחו 64" ו"סונורה 64", הכמות הגדולה של זרעים כלשהם שנרכשה עד אותה עת. ב-1967 רכשה פקיסטן 42,000 טון זרעים וטורקיה רכשה 21,000 טון זרעים מזני החיטה החדשים. ב-1968, בעת שיצא לאור ספרו של ארליך, כבר כינה ויליאם גוד מהסוכנות האמריקאית לפיתוח בינלאומי את עבודתו של בורלוג בשם "המהפכה הירוקה".
יבול החיטה בפקיסטן עלה בקרוב ל-60% בתוך חמש שנים. מ-4.6 מיליון טון ב-1965 ל-7.3 מיליון טון ב-1970. בשנת 1968 הגיעה פקיסטן למצב של אספקה עצמית מלאה של חיטה ובשנת 2000 הגיע יבול החיטה בפקיסטן ל-21 מיליון טון. בהודו עלו יבולי החיטה באותה תקופה ב-63%. מ-12.3 מיליון טון ב-1965 ל-20.1 מיליון טון ב-1970. ב-1974 הגיעה הודו למצב של אספקה עצמית מלאה של דגנים ובשנת 2000 הגיעו יבולי החיטה בהודו ל-76.4 מיליון טון. החל משנות השישים, הדביקו שיעורי הגידול ביבולי הדגנים, בשתי מדינות אלו, את שיעור הגידול באוכלוסייה ובכך אפשרו לתת מענה טוב יותר לבעיית הרעב.
גם במדינות נוספות בדרום אמריקה, במזרח התיכון ובאפריקה חל באותן שנים גידול חד ביבולי החיטה בעקבות השימוש בזני החיטה העמידים ובטכנולוגיות חקלאיות מתקדמות. החוקר האמריקאי, פול ואגונר, מתחנת הניסיונות החקלאית בקונטיקט חישב ומצא, כי השימוש בזני החיטה עתירי היבול והעמידים בהודו, סייע בקירוב היצע החיטה לביקוש, ובכך סייע למניעת הפיכת 400,000 קמ"ר של אדמת בור לאדמה חקלאית, שטח השווה ל-13.6% משטחה הכולל של המדינה.
עבודתו של בורלוג בזני החיטה הובילה באמצע שנות השישים גם לפיתוח זנים ננסיים ועתירי יבול באורז. הפיתוח נעשה במכון הבינלאומי למחקר אורז בחסות קרן פורד וקרן רוקפלר והניסיונות נערכו במכון למחקר אורז בחונאן שבסין. השטח שבו גודלו זני האורז החדשים גדל משטח של 0.8 קמ"ר ב-1965 לשטח של 160,000 קמ"ר ב-1970.
פרס נובל לשלום.
עבור תרומתו להיצע המזון בעולם, זכה בורלוג בפרס נובל לשלום ב-1970. הוא קיבל את הפרס ב-10 בדצמבר 1970 באוסלו. בנאום הזכייה, אשר נשא למחרת, אמר: "כאשר אנשי ועדת הפרס בחרו בי לזוכה בפרס נובל בשל תרומתי למהפכה הירוקה, אני מאמין כי, למעשה, הם בחרו אדם אחד כדי לסמל את התפקיד החיוני של החקלאות ושל יצור המזון בעולם הרעב ללחם ולשלום". במשך 50 שנה היה פרס נובל אשר הוענק לבורלוג פרס נובל היחיד אשר הוענק על תרומה בתחום של חקלאות או של יצור מזון. ב-2020 הוענק הפרס לתוכנית המזון העולמית
ההיפותזה של בורלוג.
בורלוג הטיף באופן עקבי לחקלאות אינטנסיבית השואפת ליבולים גבוהים כאמצעי למניעת בירוא יערות. התפקיד החשוב שהיה לו גם בקידום החקלאות האינטנסיבית וגם בהפצת עמדה זו, הביאו כלכלני חקלאות לכנות עמדה זו בשם "ההיפותזה של בורלוג". על פי טענה זו, הגברת הפריון החקלאי על האדמות החקלאיות הטובות ביותר מסייעת לפיקוח טוב יותר על כריתת היערות באמצעות הפחתת הביקוש לאדמה חקלאית חדשה. השקפה זו אומרת כי, בהנחה שהביקוש העולמי למזון הולך וגדל, שימוש בשיטות חקלאיות מסורתיות, המגיעות ליבולים נמוכים (כגון חקלאות אורגנית), יביא לאחת משתי התופעות. קיטון האוכלוסייה, אם מבחירה ואם כתוצאה מרעב המוני, או, הפיכת אדמה מיוערת לאדמה המיועדת לחקלאות. הטענה היא לכן, שהחקלאות האינטנסיבית שומרת על מערכות אקולוגיות מפני הרס.
ביקורת על עבודתו וטענותיו.
לאורך כל שנותיו כחוקר, נמתחה לעיתים מזומנות ביקורת קשה על תוכניותיו ועבודתו של בורלוג. אם על ידי חוקרים אשר התנגדו לטכנולוגיות של השבחה גנטית וטענו כי טכנולוגיות אלו אינן טבעיות וכי יש להן תופעות לוואי, ואם על ידי חוקרים מתחום מדעי החברה אשר טענו כי בורלוג הכניס חקלאות אינטנסיבית בהיקפים גדולים שמתבססת על מונוקולטורה לחברות ולקהילות אשר היו מורגלות לחקלאות של אמצעי קיום שהתבססה על מספר רב של גידולים. הם טענו שבכך הוא אף תרם להגדלת הפערים הכלכליים והחברתיים בתוך חברות אלו וגרם לפגיעה במרקם החברתי שלהן. קיימת אף ספקנות לגבי יכולת הקיום לטווח ארוך של שיטות הגידול החקלאיות הקיימות במהפכה הירוקה הן במדינות המפותחות והן במדינות המתפתחות. טענות אחרות של מתנגדיו ושל מתנגדי השיטות הביוטכנולוגיות הן: