袁隆平研究水稻的艰辛历程如下：
1960年7月，袁隆平在农校试验田中意外发现一株特殊性状的水稻。他利用该株水稻试种，发现其子代有不同性质。因为水稻是自花授粉的，不会出现性状分离，所以他推论该为天然杂交水稻。随后他把雌雄同蕊的水稻雄花人工去除，授以另一个品种的花粉，尝试产生杂交品种 。
1961年春天，袁隆平把这株变异株的种子播到创业试验田里，结果证明了1960年发现的那个“鹤立鸡群”的植株，是“天然杂交稻”。
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14000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。
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。
5月，国家科委九局局长赵石英同志，获悉袁隆平发表的《水稻的雄性不孕性》一文后，高度重视，以科委九局名义致函湖南省科委与安江农校，支持袁隆平的水稻雄性不育研究活动，指出这项研究的意义重大，如果成功，将使水稻大幅度增产 。6月，文化大革命开始，袁隆平遭受冲击，水稻雄性不育试验被迫中断。
1967年4月，袁隆平起草“安江农校水稻雄性不孕系选育计划”，呈报省科委与黔阳地区科委。6月，由袁隆平、李必湖、尹华奇组成的黔阳地区农校（安江农校改名）水稻雄性不育科研小组正式成立。
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。
1970年夏，袁隆平从云南引进野生稻，拟在靖县（安江农校又搬迁到了靖县）做杂交，后因没有进行短光照处理而未成功。秋季，袁隆平带领科研小组李必湖、尹华奇来到海南岛崖县南江农场进行三季水稻实验条件良好的海南，进行研究试验，向该场技术员与工人调查野生稻分布情况。
1971年春，湖南省农业科学院成立杂交稻研究协作组，袁隆平调省农业科学院杂交稻研究协作组工作。
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。11月，袁隆平和李必湖在观察杂交水稻生长情况。在党和国家的大力支持下，全国有19个省、市、自治区先后组成科研协作组，开展群众科学实验，成功地育成了杂交水稻。
1976年，杂交水稻成功推广。
1977年，袁隆平发表了《杂交水稻培育的实践和理论》与《杂交水稻制种与高产的关键技术》两篇重要论文。
1980年10月，攻克了制种关 。
1980年10月，我国第一个研究杂交水稻的育种家、湖南省农业科学院研究员袁隆平，经过10多年刻苦的研究实验，在有关科研单位的协作下，攻克了制种关，使杂交水稻的研究获得全面成功，为水稻增产开辟了新的途径。
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。
2017年9月，在2017年国家水稻新品种与新技术展示现场观摩会上，袁隆平宣布一项剔除水稻中重金属镉的新成果：“近期我们在水稻育种上有了一个突破性技术，可以把亲本中的含镉或者吸镉的基因‘敲掉’，亲本干净了，种子自然就干净了” 。
1. 1964年发现第一株雄性不育株起，到“三系”配套成功，袁隆平经历了种种挫折。
2. “文革”刚开始时，他在安江农校试验园栽种的杂交水稻秧苗全部被砸，几年的研究成果付诸东流。所幸他的学生尹华奇和李必湖事先偷偷藏了3盆，这才避免了秧苗的“灭顶之灾”。之后，在袁隆平即将被批斗时，一封来自国家科学技术委员会的公函保护了他。这还要从袁隆平的那篇论文说起。《水稻的雄性不孕性》发表后，被国家科委九局局长赵石英看到，他意识到袁隆平所进行的研究意义重大，就向国家科委主任聂荣臻汇报了此事。国家科委发函责成湖南省科委和安江农校支持袁隆平的研究。袁隆平因此躲过一劫，不仅被鼓励要把研究和实验搞好，还分到了安江农校最好的一块试验田。同时，水稻雄性不育研究被湖南省科委列入省级科研项目，每年能得到600元的科研经费。1968年，“幸存”的3盆秧苗经过几次繁育，已经能插满两分试验田。然而，试验田的秧苗再一次遭到人为破坏，被拔得一片狼藉。他们翻遍试验田，才找到5株被掩埋在烂泥中的残存禾苗。面对如此重创，袁隆平坚定地说：“我搞科研为的是社会主义建设，要我放弃杂交水稻的研究绝对办不到！”磨难还没有结束，不久，袁隆平被调离安江农校，接受劳动锻炼。水稻雄性不育科研经费被取消，他的学生被停发工资，实验也终止了。得知袁隆平和尹华奇、李必湖遭到不公正待遇后，国家科委和湖南省科委、农业厅联合派人赶到安江农校，找尹华奇、李必湖了解情况。一个多月后，袁隆平从煤矿调回，与尹华奇、李必湖一起被借调到湖南省农科院，水稻雄性不育科研课题也从安江农校收上来，交给湖南省农科院主管。恢复工作后，袁隆平急切地想要加快研究速度，抢回曾经失去的时间。他带领助手先后用1000多个品种，做了3000多个杂交组合的试验，结果并不理想。从1964年发现水稻雄性不育株6年来，尽管袁隆平和助手倾注了全部心血，但都没研究出理想中的雄性不育株，困局迟迟不能突破。袁隆平苦苦思索，夜不能寐，经过认真总结，他决定调整方案，提出用“远缘的野生稻与栽培稻进行杂交”的新设想，以求创造新的不育材料，实现突破。
3. 1970年11月23日，农历九月二十九，晚饭后，袁隆平来到学校农场试验田边，借着幽暗的灯光，他发现有一片稻穗表现独特。这些稻穗上的谷粒与野生稻谷长得特别像。他当即判断这些稻穗很可能就是自己苦苦寻找的雄性不育株。他小心翼翼地采集了这些穗子回到实验室研究。12月10日，试验获得成功。
4. 1971年2月，湖北省农业科学院将袁隆平的“野败”材料借往北京农业科学院作物品种资源研究所进行提纯。半年之后，该所育出了“广场矮”第一代新品种，但未能表现出优势。又过了半年，该所育出的第二代品种“印度花”也失败了。最后是他们直接从“野败”第一代单株选育出的第三代品种“胜利籼”，基本上具备了三系杂交稻的形状。后来又育成了“三超稻”。
5. 1973年10月，在苏州召开的水稻科研会议上发表了《利用“野败”选育三系的进展》，标志着我国杂交水稻“三系”已经配套成功。
6. 1974年生产出杂交种亩产500公斤的第一期目标；1984年第二期目标实现，亩产700公斤；1994年第三期目标实现，亩产800公斤；2004年第四期目标实现，亩产900公斤；2014年第五期目标实现，亩产1000公斤；2020年第六期目标实现，超级稻亩产1