1964年7月5日，袁隆平在试验稻田中找到一株“天然雄性不育株”，经人工授粉，结出了数百粒第一代雄性不育株种子 。

1964年到1965年，两年的水稻开花季节里，袁隆平与科研小组在稻田进行杂交育种试验。

后在稻田里找到了6株天然雄性不育的植株。

经过两个春秋的观察试验，对水稻雄性不育材料有了较丰富的认识，根据所积累的科学数据，在大学毕业工作12年左右的他，发表在1966年第17卷第4期《科学通报》上。

1965年7月，袁隆平又在安江农校附近稻田的南特号、早粳4号、胜利籼等品种中逐穗检查多个稻穗中逐穗检查到6株不育株，并在此后两年播种中，连同上年发现的不育株，共计找到6株。

经过连续两年春播与翻秋，共有4株成功繁殖了1～2代。

其研究彻底推翻由传统经典理论米丘林、李森科的“无性杂交”学说，并推论水稻亦有杂交优势。

通过培育雄性不育系、雄性不育保持系和雄性不育恢复系的三系法途径来培育杂交水稻，可以大幅度提高水稻产量。

1966年2月28日，袁隆平发表第一篇论文《水稻的雄性不孕性》，刊登在中国科学院主编的《科学通报》半月刊第17卷第4期上。

1968年4月30日，袁隆平将珍贵的700多株不育材料秧苗，插在安江农校中古盘7号田里，面积133平方米。

5月18日晚上，中古盘7号田的不育材料秧苗，被全部拔除毁坏，成为未破的谜案。

袁隆平心痛欲绝，事发后第4天才在学校的一口废井里找到残存的5根秧苗，继续坚持试验。

1969年冬，袁隆平等人到云南省元江县加速繁殖不育材料。

1970年夏，袁隆平从云南引进野生稻，拟在靖县做杂交，后因没有进行短光照处理而未成功。