玻璃片上，准备拿到显微镜下观察时，空气中飘浮的微生物——细菌或霉菌，常常“乘机”飘落到培养皿里。这些外来的微生物在培养皿中繁殖，经常妨碍正常的实验，弗莱明非常讨厌这些“不速之客”。但却不知如何解决这个问题。有一次，培养皿里的葡萄球菌还是被污染了，他忘记了密封培养皿，当他打开培养皿准备观察的时候，他发现培养皿口上长出了蓝绿色的霉菌，霉菌旁边，葡萄球菌被溶化了，出现了清澈的水滴。他心中一动，莫非这种霉菌能够抑制葡萄球菌？

    弗莱明紧紧抓住这次“偶然”的发现不放，全力以赴地对这种蓝绿色霉菌进行研究，终于找到了葡萄球菌的克星—青霉素，并进一步发现它对其他一些病菌同样有杀灭作用。1929年，他发表了自己的研究成果，并指出这项发明将会产生深远的影响，但遗憾的是他一直没能找到提纯青霉素的方法，于是他将青霉素菌菌株继续进行培养，并于1939年将菌种提供给准备系统研究青霉素的英国病理学家弗洛里和生物化学家钱恩。

    通过一段时间的紧张实验，弗洛里和钱恩终于用冷冻干燥法提取了青霉素晶体。之后，弗洛里在一种甜瓜上发现了可供大量提取青霉素的霉菌，并用玉米粉调制出了相应的培养液。1941年开始的临床实验证实了青霉素对链球菌、白喉杆菌等多种细菌感染的疗效。青霉素之所以能既杀死病菌，又不损害人体细胞，原因在于青霉素所含的青霉烷能使病菌细胞壁的合成发生障碍，导致病菌溶解死亡，而人和动物的细胞则没有细胞壁。但是青霉素会使个别人发生过敏反应，所以在应用前必须做皮试。经过三位科学家的努力，最终在1940年提取出有效的青霉素。顿时，弗莱明声名大振。美国于1942年投入了大批量地生产，并且装备给了二战中盟军的医疗队伍，挽救了数十万反法西斯战士的生命。