Μετά από μερικά χρόνια εργασίας ως τοπογράφος σιδηροδρόμων με τον αδελφό του, η ζωή του Γουάλας άλλαξε με τη συνάντηση με τον Χένρι Γουόλτερ Μπέιτς στο Λέστερ το 1847.
Ο Αμαζόνιος
Ο Γουάλας και ο Μπέιτς συζήτησαν την ιδέα μιας αποστολής στον Αμαζόνιο. Το σχέδιο ήταν να καλύψουν τα έξοδα στέλνοντας δείγματα πίσω στο Λονδίνο, όπου ένας πράκτορας θα τα πουλούσε έναντι προμήθειας. Επίσης, για τους ταξιδιώτες να "συγκεντρώσουν στοιχεία προς την κατεύθυνση της επίλυσης του προβλήματος της προέλευσης των ειδών", όπως το έθεσε ο Γουάλας σε επιστολή του προς τον Μπέιτς. Οι δύο φίλοι, οι οποίοι ήταν πλέον και οι δύο έμπειροι ερασιτέχνες εντομολόγοι, συναντήθηκαν στο Λονδίνο για να προετοιμαστούν βλέποντας φυτά και ζώα της Νότιας Αμερικής στις κύριες συλλογές.
Ο Μπέιτς και ο Γουάλας απέπλευσαν από το Λίβερπουλ τον Απρίλιο του 1848 και έφτασαν στο Παρά (σημερινό Μπελέμ) στα τέλη Μαΐου. Για τον πρώτο χρόνο εγκαταστάθηκαν σε μια βίλα κοντά στην πόλη, συλλέγοντας πουλιά και έντομα. Στη συνέχεια συμφώνησαν να συλλέγουν ανεξάρτητα.
Ο Γουάλας συνέχισε να χαρτογραφεί τον Αμαζόνιο για τέσσερα χρόνια, συλλέγοντας δείγματα και κάνοντας σημειώσεις για τους λαούς, τις γλώσσες, τη γεωγραφία, τη χλωρίδα και την πανίδα. Στις 12 Ιουλίου 1852, ο Γουάλας επιβιβάστηκε στην Αγγλία με το πλοίο Helen. Μετά από είκοσι οκτώ ημέρες στη θάλασσα, το βάλσαμο στο φορτίο του πλοίου έπιασε φωτιά και το πλήρωμα αναγκάστηκε να εγκαταλείψει το πλοίο. Όλα τα δείγματα που είχε ο Γουάλας στο πλοίο, το μεγαλύτερο μέρος της συλλογής του, χάθηκαν. Μπόρεσε να σώσει μόνο ένα μέρος του ημερολογίου του και μερικά σκίτσα. Ο Γουάλας και το πλήρωμα πέρασαν δέκα ημέρες σε μια ανοιχτή βάρκα προτού τους παραλάβει το μπρίκι Jordeson.
Οι Ανατολικές Ινδίες
Από το 1854 έως το 1862, σε ηλικία 31 έως 39 ετών, ο Γουάλας ταξίδεψε στις Ολλανδικές Ανατολικές Ινδίες (σημερινές Μαλαισία και Ινδονησία), για να συλλέξει δείγματα προς πώληση και να μελετήσει τη φύση. Ο Γουάλας συνέλεξε περισσότερα από 125.000 δείγματα στις Ολλανδικές Ανατολικές Ινδίες (περισσότερα από 80.000 σκαθάρια μόνο). Περισσότερα από χίλια από αυτά αντιπροσώπευαν είδη νέα για την επιστήμη.
Οι παρατηρήσεις του σχετικά με τις σαφείς ζωολογικές διαφορές σε ένα στενό στενό του αρχιπελάγους οδήγησαν στην πρόταση του ζωογεωγραφικού ορίου που σήμερα είναι γνωστό ως Γραμμή Wallace. Το Μπαλί και το Λομπόκ ήταν δύο νησιά του αρχιπελάγους που απείχαν μόλις 17 μίλια μεταξύ τους στο μεγαλύτερο πλάτος (28 χλμ.), είχαν περίπου το ίδιο μέγεθος και το ίδιο κλίμα, έδαφος, υψόμετρο και όψη. Ωστόσο, η χλωρίδα και η πανίδα τους ήταν τόσο διαφορετικές.
"Σε αυτό το αρχιπέλαγος υπάρχουν δύο ξεχωριστές πανίδες αυστηρά οριοθετημένες, οι οποίες διαφέρουν τόσο πολύ όσο εκείνες της Αφρικής και της Νότιας Αμερικής... ωστόσο δεν υπάρχει τίποτα στο χάρτη ή στο πρόσωπο των νησιών που να σηματοδοτεί τα όριά τους. Η συνοριακή γραμμή περνάει ανάμεσα σε νησιά που βρίσκονται πιο κοντά μεταξύ τους από ό,τι άλλα που ανήκουν στην ίδια ομάδα. Πιστεύω ότι το δυτικό τμήμα είναι ένα διαχωρισμένο τμήμα της ηπειρωτικής Ασίας, ενώ το ανατολικό είναι μια αποσπασματική προέκταση μιας πρώην ηπείρου του δυτικού Ειρηνικού".
Γιατί, αναρωτήθηκε, τα ζώα και τα φυτά στην πλευρά του Μπαλί ήταν ασιατικού τύπου, ενώ εκείνα στην πλευρά του Λομπόκ ήταν αυστραλοασιατικού τύπου; Αυτό έπρεπε να σημαίνει ότι η δυτική ομάδα είχε εξελιχθεί από κοινό δυτικό απόθεμα, ενώ η ανατολική ομάδα είχε εξελιχθεί από κοινό ανατολικό απόθεμα.
Ενώ εξερευνούσε το αρχιπέλαγος, τελειοποίησε τις σκέψεις του για την εξέλιξη και είχε τη διάσημη διαπίστωσή του για τη φυσική επιλογή. Το 1858 έστειλε ένα άρθρο που περιέγραφε τη θεωρία του στον Δαρβίνο- δημοσιεύτηκε, μαζί με μια περιγραφή της θεωρίας του Δαρβίνου, την ίδια χρονιά.
Οι περιγραφές των σπουδών και των περιπετειών του εκεί δημοσιεύτηκαν τελικά το 1869 ως The Malay Archipelago. Έγινε ένα από τα πιο δημοφιλή ταξιδιωτικά περιοδικά φυσικής ιστορίας του 19ου αιώνα. Υπεραμύνθηκε από τον Κάρολο Δαρβίνο και τον Charles Lyell και από άλλους, όπως ο μυθιστοριογράφος Joseph Conrad, ο οποίος το αποκάλεσε "αγαπημένο του σύντροφο στο κρεβάτι".
