לאחר תקופה קצרה של עבודה, הצליחה פרנקלין להפיק מספר תמונות טובות של עקיפה של קרני רנטגן של מולקולת ה-DNA. היא הייתה הראשונה שהבחינה בין שני סוגים או מצבים של המולקולה. למצב אחד קראה גבישי ("Crystalline") והגדירה אותו כסוג A, ואילו למצב השני קראה לח ("Wet") והגדירה כסוג B. פרנקלין ערכה צילומי רנטגן של שני הסוגים וניסתה להבין את ההבדלים ואת הקשר שביניהם. סוג A היה עבה וקצר יותר, והופיע במצב לחות נמוך. לעומתו היה סוג B ארוך ונמצא בתנאי לחות גבוהים יותר, כלומר הכיל מידה רבה יותר של מים. מן הניסיונות שפרנקלין ערכה עלה כי סוג A נמצא רק בתנאי לחות הנמוכים מ-75%, ומעל ערך זה נמצא סוג B. עוד גילתה פרנקלין כי היה מעבר של סוג A למצב של סוג B בתנאי לחות העולים על 75%.
חלק מהותי מעבודתה של פרנקלין, באותה תקופה, היה הניסיון למצוא את הקשר שבין שני הסוגים, את מהות ההבדלים שביניהם ואת התנאים שבהם סוג אחד משתנה לסוג האחר. להבחנה של פרנקלין בין שני הסוגים נודעה משמעות עצומה בחקר מבנה המולקולה, שכן מרב העבודה הקודמת בנושא לא התייחס כלל לקיומם של שני הסוגים, אף כי היה ברור שיש משמעות לשוני שביניהם בניסיון להבין את מבנה המולקולה. למעשה, כתוצאה מאי-ההבחנה בין שני הסוגים, היו חוקרים שנכשלו בהבנת המבנה בשעה שעשו שימוש בתמונות שביטאו את שני הסוגים: כאשר היו סבורים כי הם "מתבוננים" במולקולה מסוימת המופיעה בתמונות היו אלה למעשה שני מופעים שונים (מובן שהתמונות אינן של המולקולה עצמה אלא של העקיפה של קרני רנטגן המוקרנות עליה, והשימוש במונח "התבוננות" בתמונת המולקולה הוא בהקשר זה שימוש מטפורי).
מודל ראשון שגוי.
ב-21 בנובמבר 1951 התקיים סמינר בקינגס קולג' בנושא חומצות הגרעין. פרנקלין הייתה הדוברת השלישית באותו סמינר, לאחר וילקינס וסטוק. ווטסון נוכח באותו סמינר ושמע את דבריה של פרנקלין (כהרגלו, באופן שהכעיס את קריק, לא ערך רישומים מההרצאה). באותה הרצאה דיברה פרנקלין, בין היתר, על ההבחנה שלה בין שני סוגי ה-DNA, על כך שיחידות הפוספט אמורות להיות בצד החיצוני ולא הפנימי וגם פירטה את כמויות המים שאמורות להימצא במולקולה בהתאמה לחלקים אחרים שלה, נתון שיש לו חשיבות רבה מבחינת יציבות המולקולה.
הניסיון הראשון של ווטסון וקריק משנת 1951 לבנות מודל של המולקולה התבסס על הדברים שווטסון שמע וזכר (אך כנראה לא הבין) מאותה הרצאה. מודל זה התבסס על ההנחה של מולקולה בעלת שלושה סלילים שקבוצת הפוספט נמצאת במרכזה, ואולם במצב זה המולקולה אינה יציבה ואמורה להתפרק בגלל המטען החשמלי שנמצא, לפי המודל, במרכז. מודל זה שגוי גם בכל הנוגע לכמות מולקולות המים, כמות שאינה מאפשרת את קיומן של האינטראקציות בין חלקי המולקולה, ולכן בסופו של דבר אינו יכול לבטא את המבנה הנכון.
פרנקלין, שהוזמנה ביחד עם וילקינס וחוקרים נוספים של קינגס קולג' לראות את המודל – פסלה אותו מיד. ברגע שראתה את המודל הבינה פרנקלין כי אינו מתאים לתוצאות שהוצגו על ידה, וכי ווטסון לא הבין את דבריה בסמינר, הן באשר לכמות יחידות המים שאמורות להיות במולקולה והן באשר למיקום של יחידות הפוספט. לאחר ניסיון זה הורה להם בראג, מנהל המעבדה, להפסיק לעבוד על מבנה ה-DNA ולהתמקד בתחומים אחרים.
החזרה לעבודה על DNA והניסיון השני של בניית המודל.
ב-1952 נערך ניסוי הרשי-צ'ייס שהיווה תמיכה משמעותית להנחה שה-DNA הוא החומר התורשתי הנמצא בתא החי. מאורע נוסף שהשפיע על ווטסון וקריק לחדש את הניסיונות לבנות מודל נוסף היה העובדה שנודעה להם כי פאולינג החל לעבוד בעצמו על פענוח המבנה.
בחודש דצמבר 1952 שלחו פאולינג וקורי לפרסום מאמר שכלל הצעה למבנה ה-DNA. פיטר פאולינג קיבל מאביו טיוטה של המאמר והראה אותה לחוקרים במעבדת קוונדיש ובהם ווטסון וקריק. המודל של פאולינג וקורי הוא מודל של שלושה סלילים (בדומה למודל השגוי של ווטסון וקריק מסוף שנת 1951) וגם בו יחידות הפוספט נמצאות במרכז. ווטסון וקריק הבחינו מיד כי פאולינג טעה טעות חמורה במודל ביחס למיקום חלקי המולקולה (טעות מפתיעה מצד מי שבעצמו ניסח את חוקי הקשרים הכימיים במולקולות), ואולם המידע שהגיע אליהם בדרך זו, כי פאולינג התחיל לעבוד באופן יסודי על מבנה ה-DNA, עודד אותם לחזור לעבודתם בנושא: הם הבינו כי פאולינג עלול לגלות מה שגוי במודל ועלול להצליח לתקן אותו. מסיבה זו הסכים בראג, בניגוד להוראה שנתן להם כשנה קודם לכן, כי יחזרו לעבוד על בניית המודל של מולקולת ה-DNA. בשלב זה במיוחד, לקראת בניית המודל הסופי, עשו ווטסון וקריק שימוש מהותי במידע של פרנקלין ולמעשה התבססו עליו על מנת להגיע למודל הסופי. בפברואר 1953 פורסם המאמר של פאולינג וקורי בכתב העת PNAS.
השימוש בנתונים של פרנקלין.
לפחות שלושה ממצאים הנובעים ישירות מעבודתה של פרנקלין, שימשו את ווטסון וקריק כדי להגיע לבניית המודל הסופי של ה-DNA. למידע זה הייתה חשיבות גדולה בגילוי המבנה שלו.
בניית המודל הנכון.
כאמור, כאשר קריק ראה את הנתון הזה בדו"ח של פרנקלין הוא הגיע מיד למסקנה שנובעת מכך, כי הסלילים במולקולה נמצאים בכיוונים מנוגדים. רק קריק יכול היה להסיק זאת כי לווטסון לא היה כלל מושג בתחום זה של קביעת מבנה של מולקולה.
ואכן, לאחר שווטסון ראה את התצלום ולאחר קריאת הנתונים שבדו"ח חלה התקדמות מהירה מאוד. ב-4 בפברואר 1953 ניסו ווטסון וקריק שוב לבנות את המודל, והפעם מודל של סליל כפול המתבסס במפורש הן על הנתונים שווטסון ראה בתצלום 51 והן על הנתונים שהופיעו בדו"ח של פרנקלין למועצת המחקר הרפואי, שהתקבל מפרוץ.
ואולם למרות זאת אחת הבעיות בפניה עמדו ווטסון וקריק בהשלמת המודל הייתה הזיווג הנכון של הבסיסים, כאשר כל חלק מהמולקולה אמור היה להתאים לחלקים האחרים מבחינת הקשרים הכימיים הדרושים.
במשך ימים לא מעטים ניסה ווטסון לחבר את החלקים (הוא השתמש בשלב זה בחלקי קרטון) של המולקולה. בתחילה הוא ניסה לחבר אותם בשיטה של "דומה" עם "דומה" כלומר פורין מתחבר עם פורין ופירימידין עם פירימידין, אך התוצאות שהתקבלו בצורת זיווג זו לא התאימו לקוטר של המולקולה כפי שהופיע בדו"ח של פרנקלין. לאחר מכן הוא ניסה לזווג פורין לפרימידין - A עם T ו C עם G אבל שוב, הוא לא הצליח לקבל מבנה שיתאים מבחינה מבנית לקשרים הכימיים הדרושים ולנתונים של פרנקלין.
בשלב זה נכנס לתמונה חוקר כימאי בשם ג'רי דונויו (Jerry Donohue) שישב באותו חדר עם ווטסון והיה תלמידו לשעבר של פולינג. דונויו ראה את החלקים שבהם השתמש ווטסון (כלומר את הפיסות שביטאו דגם של הבסיסים) ואת הניסיונות שלו לזווג את הבסיסים ללא הצלחה. הוא הבחין כי ווטסון משתמש בצורת בסיס הנקראת "אנול" (הבסיס החנקני יכול להתקיים בשתי צורות כימיות שונות - צורה אחת נקראת "אנול" והשנייה נקראת "קטו" כאשר לקטו ישנו אטום חמצן אחד חופשי שיכול לשמש ליצירת הקשר הכימי). דונויו שאל את ווטסון מדוע הוא עושה שימוש באנול ולא בקטו, ונענה כי כך נכתב בספר בסיס של ביוכימיה של חומצות גרעין. דונויו הסביר לווטסון כי אכן כך נכתב בספרי הלימוד אולם מדובר בטעות וכיום מקובל על הכימאים כי בחומצות הגרעין הבסיסים מופיעים בצורת קטו ולא בצורת אנול. עזרה זו תרמה לווטסון תרומה משמעותית ואיפשרה לו לבסוף לבצע את זיווג הבסיסים הנכון.
בניית המודל (והפעם המודל הנכון) הסתיימה בסופו של חודש פברואר. ב-28 בפברואר 1953, בהתאם לגרסתו התיאטרלית של ווטסון בספרו, נכנס קריק בסערה אל פאב ה-Eagle והודיע לכולם כי "מצאנו את הסוד של החיים". המאמר שלהם נכתב במהלך חודש מרץ, ונשלח לפרסום ב-2 באפריל 1953.
ישנה טענה כי קריק קיבל את ההשראה למבנה הסליל בעקבות שימוש ב-LSD אולם זו הוכחה כשגויה.
המאמרים ב-Nature.
המאמר של ווטסון וקריק על גילוי המבנה המרחבי של ה-DNA הופיע בגיליון מספר 171 של כתב העת Nature מ-25 באפריל 1953. המאמר קצר ביותר ומשתרע על פני מעט יותר מעמוד וכותרתו "המבנה המולקולרי של חומצות גרעין" (Molecular Structure of Nucleic Acids). מלבד המאמר של ווטסון וקריק הופיעו שני מאמרים נוספים הקשורים למבנה ה-DNA. המאמרים מופיעים באותו גיליון, זה אחר זה: הראשון הוא המאמר של ווטסון וקריק, מיד אחריו המאמר של וילקינס (ביחד עם סטוק וילסון) אשר נקרא "מבנה מולקולרי של חומצות גרעין דאופנטוזיות" (Molecular Structure of Deoxypentose Nucleic Acids), ולאחר מכן מופיע המאמר של פרנקלין ותלמיד המחקר שלה גוסלינג – "תצורה מולקולרית בתימונוקליאט" (Molecular Configuration in Sodium Thymonucleate). כל שלושת המאמרים אף נשלחו לפרסום באותו תאריך עצמו.