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。
1973年，协作组通过测交找到了恢复系，攻克了“三系”配套难关。
10月，袁隆平在苏州召开的水稻科研会议上发表了《利用“野稗”选育三系的进展》的论文，正式宣告中国籼型杂交水稻“三系”已经配套 。
1975年，袁隆平攻克了“制种关”，摸索总结制种技术成功。
1976年，杂交水稻成功推广。
2010年3月，袁隆平院士团队和张启发院士团队合作，共同研究转基因水稻。
在合作交流会上，袁隆平称，为了消除公众对转基因抗虫稻米安全性顾虑的问题，他愿意作为第一个志愿者来吃！
3月12日，袁隆平在报告会上就转基因抗虫水稻的安全性实验、抗除草剂转基因作物为什么能够减少除草剂用量等问题与张启发院士进行了讨论，并表示支持政府关于转基因作物研发的决策。
“杂交水稻之父”袁隆平及其团队培育的超级杂交稻品种“湘两优900（超优千号）”又创亩产纪录，经第三方专家测产，该品种的水稻在试验田内亩产1149.02公斤。
2020年6月，袁隆平团队在青海柴达木盆地盐碱地里试种的高寒耐盐碱水稻（又称海水稻）长出了水稻。
自2001年以来，袁隆平指导选育成大面积示范亩产800公斤、米质优良的第二代超级杂交稻，并于2004年提前一年实现第二期超级稻目标。
第二期超级杂交稻于2006年开始推广，2011年种植面积达800万亩，在大面积生产上比第一期超级稻高50公斤\/亩以上。
袁隆平仍不满足，进一步提出了将常规育种与生物技术结合，攻关第三期超级杂交稻大面积示范每亩900公斤目标，经过努力，2011、2012年超级杂交稻第三期目标攻关百亩示范分别达亩产926.6公斤、917.7公斤，标志中国超级杂交稻第三期目标实现。
2013年，启动亩产1000公斤的超级杂交稻第四期目标攻关。
2013年9月29日，第四期超级稻百亩示范片“Y两优900”中稻在湖南省隆回县羊古坳乡牛形村实现百亩平均亩产达988.1公斤，创世界纪录
2006年，袁隆平提出“种三产四”丰产工程，即运用超级杂交稻的技术成果，力争用三亩地产出现有四亩地的粮食。
2007年率先在湖南20个县启动实施，已取得非常好的效果。
计划在中国推广6000万亩，产出8000万亩的粮食，等于增加了2000万亩粮食耕地，可多养活3000多万人。
2016年11月19日，中国工程院院士袁隆平、中国工程院院士罗锡文、测产验收专家、以及相关技术专家来到兴宁，对华南双季稻年亩产三千斤绿色高效模式攻关项目进行测产验收。
现场实割测得晚稻平均亩产705.68公斤（干谷）。
同样该攻关模式，2016年7月20日在兴宁经过专家组实割测得早稻平均亩产832.1公斤，加上本次实割产量，实现双季超级稻年亩产1537.78公斤，创双季稻产量世界纪录。
2018年5月22日，位于三亚水稻国家公园的有机覆膜直播试验示范田进行测产验收，测得亩产1065.3公斤，创下海南省水稻单产历史最高纪录 。
2020年11月2日，在湖南省衡阳市衡南县清竹村进行的袁隆平领衔的杂交水稻双季测产达到了亩产1530.76公斤，其中早稻619.06公斤、第三代杂交水稻晚稻品种“叁优一号”911.7公斤，超过了1500公斤的预期目标。
比数字更重要的意义在于：这次测产充分展示了第三代杂交水稻更加契合实际生产的特点，从而有利于进一步保障国家粮食安全。
2021年5月22日13点07分，袁隆平，在湖南长沙逝世，享年91岁，一代神农陨落。
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