ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2494 วัตสันเริ่มงานที่หอคาร์เวนดิช ภาควิชาฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ที่ซึ่งวัตสันได้พบกับฟรานซิส คริก วัตสันและคริกได้ร่วมงานทางปัญญากันอย่างจริงๆ จังๆ ทำให้ทั้งสองคนสามารถค้นพบโครงสร้างของดีเอ็นเอได้ในเวลาเพียงปีครึ่ง คริกสามารถแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์และสร้างสมการที่กำกับทฤษฎีการเบนตัวของเกลียวได้ ส่วนวัตสันก็ได้รู้ผลหลักๆ ของดีเอ็นเอทั้งหมดของกลุ่ม “ไวรัสทำลายแบคทีเรีย” ปลายปี พ.ศ. 2494 มาแล้ว วัตสันและคริกได้เริ่มการติดต่อแลกเปลี่ยนความรู้อย่างไม่เป็นทางการกับวิลกินส์ ในเดือนพฤศจิกายน วัตสันได้เข้าร่วมสัมมนาที่จัดโดยโรซาลินด์ แฟรงคลิน ซึ่งเธอได้กล่าวถึงข้อมูลเกี่ยวกับการเบนเลี้ยวของรังสีเอกซ์ที่เธอร่วมงานกับเรย์มอนด์ โกสลิง ข้อมูลบ่งว่าดีเอ็นเอเป็นรูปเกลียวบางอย่าง หลังจากการสัมมนาระยะหนึ่ง วัตสันและคริกก็ได้สร้างหุ่นจำลองดีเอ็นเอที่คลาดเคลื่อนที่มีฟอสเฟตเป็นสันแกนอยู่ด้านในของโครงสร้างซึ่งแฟรงคลินแย้งว่าไม่อยู่ข้างในแต่จะต้องอยู่ข้างนอกแน่นอน ทั้งวัตสันและคริกก็ได้เห็นว่าเป็นเช่นนั้นจริงตามความเห็นของแฟรงคลิน และใช้ข้อมูลนี้มากำหนดโครงสร้างของเกลียว มอริส วิลคินส์เป็นผู้นำเอาการค้นพบของแฟรงคลินมาให้วัตสันและคริกโดยที่แฟรงคลินไม่ได้รับการแจ้งให้ทราบ ในปี พ.ศ. 2495 นักชีวเคมีหลายคนอย่าง อเลกซานเดอร์ ทอดด์ สามารถบ่งชี้รายละเอียดทางโครงสร้างเคมีของสันแกนดีเอ็นเอได้แล้ว

ระหว่างปี พ.ศ. 2495 คริกและวัตสันได้ถูกร้องขอไม่ให้ทำงานเพื่อสร้างหุ่นจำลองโครงสร้างของโมเลกุลดีเอนเอ โดยวัตสันถูกมอบงานที่เป็นทางการ โดยให้ไปทำการทดลองเกี่ยวกับการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ที่มีต่อไวรัสใบยาสูบซึ่งเป็นไวรัสตัวแรกที่ค้นพบได้รับการบ่งชี้ (พ.ศ. 2429) และแยกบริสุทธิ์ได้ (พ.ศ. 2478) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเผยให้เห็นว่าผลึกของไวรัสนี้เกิดอยู่ในพืชที่ติดโรค จึงน่าจะเป็นไปได้ที่จะแยกไวรัสตัวนี้ออกมาศึกษาได้ โดยใช้การเบนเลี้ยวของรังสีเอกซ์ ได้มีการเก็บรวมรวมภาพไวรัสที่ได้จากการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์มาตั้งแต่ก่อนสงคราม ครั้นถึง พ.ศ. 2493 วัตสันก็สามารถสรุปจากภาพรังสีเอกซ์ทั้งหลายได้ว่าไวรัสโมเสกต้นยาสูบมีโครงสร้างเป็นเกลียว แม้จะมีงานที่ถูกมอบหมายให้ดังกล่าวอยู่แล้ว ความท้าทายในความน่าฉงนของดีเอ็เอก็มาล่อและเย้ายวนใจ และกับเพื่อน คือคริกก็ได้เริ่มร่วมกันคิดถึงโครงสร้างของดีเอนเอกันอีกครั้งหนึ่ง

ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2495 ลูเรีย อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์ปริญญาเอกของวัตสันจะได้มาปาฐกถาในการประชุมในอังกฤษ แต่ลูเรียก็ถูกห้ามเดินทางด้วยเหตุการเมืองสงครามเย็น วัตสันจึงใช้เวลาตามกำหนดการของลูเรียบรรยายถึงเรื่องงานจองเขาเกี่ยวกับดีเอ็นเอกัมมันต์ และผลงานของกลุ่ม “ไวรัสทำลายแบคทีเรีย” ว่าวัสดุในไวรัสฟาจส์นั้นก็คือดีเอ็นเอนั่นเอง รายงานการประขุมบันทึกไว้ว่าวัตสันได้ถกเถียงอภิปรายในเรื่องต่างๆ ที่ได้มีการค้นพบก่อนหน้านั้นโดยนักวิจัยหลายคน เช่นเรื่องการคำนวณขนาดของโมเลกุลของดีเอ็นเอโดยใช้วิธีการเบนเลี้ยวของรังสีเอกซ์ ซึ่งสรุปจากผลการศึกษาหลายแหล่งรวมทั้งข้อมูลจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน พบว่า โมเลกุลของดีเอ็นเอมีขนาดประมาณ 2 นาโนเมตร

วัตสันและคริกได้ประโยชน์จากโชค 2 ชั้นที่เกี่ยวกับการเดินทาง คือเมื่อ พ.ศ. 2495 อย่างแรก จากการเดินทางมาอังกฤษ ของเออร์วิน ชาร์กาฟฟ์ เมื่อ พ.ศ. 2495 ที่สร้างแรงดลใจให้วัตสันและคริกศึกษาด้านชีวเคมีในนิวคลีโอไทด์ให้มากขึ้นซึ่งประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์พื้นฐานอยู่ 4 ตัวคือ กวานายน์ (G) , ซายโตซีน (C) , อดีไนน์ (A) , และ ทายมีน (T) “สัดส่วนชาร์กาฟฟ์ ที่เรียกกันนั้น เป็นผลของการทดลองที่ได้แสดงให้เห็นแล้วว่าฐานของมันจับคู่อยู่ในดีเอ็นเอ ซึ่งในนั้นปริมาณของ G เท่ากับ C และปริมาณของ A เท่ากับ T เจอรี โดนาฮิวอธิบายให้วัตสันและคริกฟังเกี่ยวกับโครงสร้างที่ว่าถูกต้องมี 4 ฐาน การเดินทางครั้งที่ 2 เกี่ยวกับเหตุการณ์ที่แผนการเดินทางมาอังกฤษของไลนัส พอลิงถูกระงับด้วยเหตุผลของสงครามเย็น จึงไม่มีโอกาสเจาะเข้าถึงข้อมูลจากการเบนเลี้ยวของรังสีเอกซ์เกี่ยวกับดีเอ็นเอที่คิงส์คอลเลจ จนกระทั่งมีการตีพิมพ์ใน พ.ศ. 2496

ในปี พ.ศ. 2496 คริกและวัตสันก็ได้รับอนุญาตโดยผู้อำนวยการหอทดลองฯ ให้ดำเนินงานเรื่องดีเอ็นเอต่อได้ และวิลกินส์ก็ได้พยายามทำแบบจำลองดีเอ็นเอขึ้น