ในปี 1979 มาร์แขลล์ได้แต่งตั้งเรียนต่อเฉพาะทาง (Registrar in Medicine; เป็นคำในระบบแพทยศาสตร์ศึกษาของออสเตรเลีย) ประจำที่โรงพยาบาลรอยัลเพิร์ธ ต่อมาในปี 1981 เขาได้พบกับแพทย์รอบิน วอร์เรน แพทย์พยาธิวิทยาซึ่งมีความสนใจในโรคกระเพาะอักเสบ ขณะมาร์แขลล์กำลังฝึกเป็นแพทย์เฉพาะทางต่อยอด (fellowship training) ในสาขาอายุรศาสตร์ที่โรงพยาบาลรอยัลเพิร์ธ ทั้งคู่ได้ร่วมกันศึกษาการพบแบคเรียทรงเกลียวที่เกี่ยวข้องกับโรคกระเพาะอักเสบ ในปี 1982 ทั้งคู่ได้ทำการเพาะเชื้อ H. pylori เบื้องต้น และตั้งสมมติฐานว่าแบคทีเรียนี้ก่อให้เกิดแผลเปื่อยเพปติกและมะเร็งกระเพาะอาหาร[9] ว่ากันว่าทฤษฎี H. pylori ก่อโรคในกระเพาะอาหารนี้ถูกเยาะเย้ยโดยทั้งแพทย์และนักวิทยาศาสตร์ที่มีตำแหน่งและหม่เชื่อว่าแบคทีเรียใด ๆ จะดำรงอยู่ได้ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดของกระเพาะอาหาร มาร์แชลล์เมื่อปี 1998 เคยกล่าวไว้ว่า "ทุกคนต่อต้านผม แต่ผมรู้ว่าผม[คิด]ถูก"[12] อย่างไรก็ตาม มีข้อโต้แย้งว่าบรรดานักวิจัยทางการแพทย์ได้แต่เพียงตั้งข้อสงสัยทางวิทยาศาสตร์ต่อสมมติฐานเรื่อง H. pylori จนกว่าจะได้รับการพิสูจน์เท่านั้น[13]

หลังความล้มเหลวหลายครั้งในการพยายามเพาะเชื้อในลูกหมูในปี 1984 แซม แวง (Sam Wang) รายงานว่าหลังมาร์แชลล์ทำการตรวจส่องกล้องภายในเพื่อเป็นค่าฐาน (baseline) เสร็จ เขาได้ดื่มน้ำเชื้อที่มีเชื้อ H. pylori เพาะอยู่ ด้วยหวังว่าจะก่อแผลเปื่อยเพปติกในปีให้หลัง[14] เขากลับต้องฉงนเมื่อสามวันต่อมา เขาเกิดอาการอาเจียนและกลิ่นปากอันเนื่องมาจากอะคลอรัยเดีย ภรรยาของเขาสังเกตว่าเนื่องจากไม่มีกรดในกระเพาะอาหารไปฆ่าแบคทีเรีย ของเสียที่ได้จากแบคทีเรียเหล่านี้ส่งออกมาในรูปของกลิ่นปาก[15] ในวันที่ 5–8 ให้หลัง เขาได้อาเจียนออกมาโดยอาเจียนมีลักษณะไม่เป็นกรด ในวันที่แปด เขาทำการส่องกล้องภายในอีกครั้ง และพบการอักเสบในกระเพาะอาหารอย่างรุนแรง การตัดชิ้นเนื้อส่งตรวจเพาะเชื้อ H. pylori ขึ้น และเชื้อนี้ได้ทำการรุกรานกระเพาะของเขาแล้ว ในวันที่สิบสี่ เขาทำการส่องกล้องเป็นครั้งที่สาม และเริ่มทานยาฆ่าเชื้อ[16] มาร์อชลล์ไม่ได้พัฒนายาฆ่าเชื้อสำหรับ H. pylori และเสนอว่าภูมิคุ้มกันเดิมในบางครั้งสามารถฆ่าล้างการติดเชื้อ H. pylori ฉับพลันได้ การเจ็บป่วยและการฟื้นฟูจากโรคของมาร์แชลล์บนพื้นฐานของเชื้อที่ได้มาจากผู้ป่วยคนหนึ่ง เข้าได้กันกับเงื่อนไขของค็อกว่ามีความสัมพันธ์ระหว่าง H. pylori กับการเกิดลำไส้อักเสบ แต่ไม่ใช่สำหรับแผลเปื่อยเพปติก การทดลองนี้ได้ตีพิมพ์ในปี 1985 ใน วารสารการแพทย์ออสเตรเลีย[17] ชิ้นงานของเขาเป็นหนึ่งในชิ้นงานที่ถูกอ้างอิงมากที่สุดของวารสารหัวนี้[18]