„Był to przysłowiowy łut szczęścia — mówi Chain — że trafiłem na artykuł Fleminga w „The Journal of Experimental Pathology“… Nic w tym piśmie nie wskazywało, że trafiono na złotą żyłę. W poszukiwaniu dalszych opracowań znalazłem artykuł Raistricka, opisujący jego prace nad penicyliną i nad spreparowaniem pożywki o składazie chemicznym, z której ją otrzymywał. Odkrycie Fleminga było zdumiewająco szczęśliwym zbiegiem okoliczności… drugim, niemniej szczęśliwym zbiegiem okoliczności było, że przeczytałem artykuły jego i Raistricka i że w Sir William Dunn School mieliśmy kultury tej samej pleśni, którą zajmował się Fleming.“
W wyniku tego wszystkiego Florey zdecydował, że substancje antybakteriologiczne prrzedstawiają dziewicze niemal pole dla badań naukowych, umożliwionych w danym wypadku przez fundusze dostarczone przez Medical Research Council, Fundację Rockefellera oraz Nuttfield Provincial Hospital Trust. Wybór padł na penicylinę jako na pierwszy przedmiot badań z trzech powodów: po pierwsze, ponieważ jej niezwykłe właściwości zainteresowały Chaina, po drugie, ponieważ obydwaj byli pod wrażeniem, że da się z niej otrzymać środki antyseptyczne, po trzecie wreszcie, Floreyowi penicylina wydawała się środkiem potencjalnym przeciwko gronkowcom, sprowadzającym tyle cierpień na całą ludzkość.
Pierwsze doświadczenia nad penicyliną rozpoczęły się w Oxfordzie dopiero w lipcu w 1939 roku. „Sir William Dunn Shod“ w Oxfordzie jest trzypiętrowym budynkiem, zbudowanym z czerwonej cegły, zaopatrzonym w najnowocześniejsze laboratoria. Tu właśnie, w pięknym otoczeniu, w bliskości parku. Florey i Chain układali swe plany i prace. Wraz z nimi pracował wybitny uczony w dziedzinie pomiarów mikrochemicznych, dr Norman Heatley, któremu wojna przeszkodziła w przyjęciu stypendium Rockefellera w Kopenhadze w roku 1939.
Heatley skierował wszystkie swe wysiłki w celu produkowania penicyliny. Dogadzał i zastanawiał się nad gustem grzybni, jak najlepszy kucharz dogadzać może podniebieniu milionerów. Raz dodawał szczyptę jednego preparatu chemicznego, raz znów odrobinę drugiego. Wypróbowywał jeden środek po drugim, każdą zaś reakcję grzybni zapisywał w swych drobiazgowych notatkach.
Sporo uwagi poświęcił też ustaleniu jednostki miary. Wybrał jeden oczyszczony roztwór penicyliny jako podstawę, po czym tę ilość penicyliny, która znajdowała się w 1 cm sześciennym, określił jako jednostkę, znaną później pod nazwą „jednostki oxfordzkiej“. Posiadanie tej jednostki umożliwiło Heatleyowi wypróbowanie mocy innych kultur. Umieszczał pewną ilość obranego za podstawę roztworu w cylindrze porcelanowym na płytce, a tę samą ilość roztworu, przeznaczonego do zbadania, w innym cylindrze. Naczynia były następnie szczodrze zaopatrywane w odpowiednią ilość bakterii gronkowców i umieszczane w inkubatorze na przeciąg od dwunastu do szesnastu godzin. Jeżeli badana penicylina posiadała siłę działania, wokół cylindra tworzył się krąg, w obrębie którego rozwój zarazków był powstrzymany, porównując zaś szerokość tego kręgu z szerokością kręgu otrzymanego przy zastosowaniu penicyliny podstawowej, moc wypróbowanego roztworu mogła być zmierzona.
Tymczasem dr Chain borykał się z problemami chemicznymi. Od samego początku ogromną dlań przeszkodę stanowiła zbyt mała ilość penicyliny, na której miał eksperymentować: w tym czasie badacze oksfordzcy zaliczali się w poczet szczęśliwców, jeżeli rozporządzali jednym miligramem preparatu.
Jednym z pierwszych zagadnień Chaina było ustabilizowanie penicyliny, tak. by laboranci mogli rozporządzać preparatem, gdy go potrzebowali. Na razie bowiem nigdy nie było wiadome z całą pewnością, czy penicylina, z którą rozpoczęto pracę, nie znikła tymczasem z filtratu, i pracownicy laboratorium byli nieraz w sytuacji człowieka, który pisząc list, spostrzega znienacka, że papier rozpływa mu się pod piórem. Lecz już na początku 1940 roku szereg doświadczeń dowiódł, że penicylina nie miała skłonności do uciekania i zanikania, jeżeli tylko przechowywano ją w chłodzie.
Cham walczył o to, by zdobyć penicylinę w jej formie najczystszej i jak najbardziej skoncentrowanej. Otrzymał wreszcie lepką, słodkawą masę, wysychającą w niskiej temperaturze. Po zamrożeniu otrzymano szczyptę brązowego proszku. Była to pierwsza sól penicyliny, tak potężna i mocna, iż wyobrażono sobie, iż Chain otrzymał zupełnie czysty preparat. W stanie ciekłym wystarczała w rozcieńczeniu 1:500.000, by powstrzymać rozrost zarazków. Otrzymano lek mocniejszy, niż się spodziewano, i to dodało bodźca do jeszcze większych wysiłków. Obecnie wiemy, że pierwsza sól penicyliny nie tylko nie była idealnie czysta, lecz zawierała 95% bezwartościowych domieszek. Znacznie później, gdy zdobyto prawdziwie czysty preparat penicyliny, przekonano się, że jedna kropla na 50.000.000 zapobiega rozrostowi gronko-wców, jedna zaś na 100.000.000 niweczy zarazki rzeżączki. Dla nas cyfry te są nie do pojęcia, uczonym wydawały się niewiarygodne, niemal cudowne.
Teraz badacze byli już na dobrym tropie, na gorącym śladzie mającym doprowadzić ich do „czarodziejskich uzdrowień“. W maju 1940 roku. gdy czołgi niemieckie niszczyły Francję, Heatleyowi i Chainowi udało się wyprodukować ilość penicyliny umożliwiającą przeprowadzenie pierwszego doświadczenia na myszath. Fleming wykazał ze penicylina nie szkodziła im, Florey chciał się dowiedzieć, czy potrafi ona ocalić je od śmierci, grożącej z powodu wstrzyknięcia zabójczej dawki zarazków.