Tam, kde sa dostalo Penicillium notatum do styku s bakteriálnou kultúrou alebo pôvodcami hnisania najhoršieho druhu, prestali sa rozmnožovať, začali dokonca húfne hynúť. Od tejto chvíle sa „pokazená“ miska stala stredobodom záujmu Flemingovho laboratória.
Pri skúmaní baktericídnej plesne objavil ešte ďalšie zujímavosti: baktericídnou alebo brzdiacou rast baktérií nebola samotná huba, ale účinná látka, ktorú vylučovala pleseň. Nazval su „penicilín“ a výsledky svojich pozorovaní uverejnil v odbornej tlači. Hoci tým urobil grandiózny objav, významný pri liečbe mnohých zápalových a s hnisaním sprevádzaných chorôb, vzali jeho správu na vedomie bez toho, aby jej niekto pripisoval mimoriadny význam.
Fleminga to však neodradilo a neúnavne pokračoval vo svojej práci. Zaumienil si, že získa toľko cenného produktu látkovej premeny, penicilínu, aby ho mohol používať aj pri praktických lekárských pokusoch. Ale neskôr vyšlo najavo, že jeho množstvo, získané viacročnou kultiváciou, nestačí ani len na to, aby pomohlo jednému jedinému človekovi. Uprostred liečby prvého pacienta, oxfordského policajta, postihnutého beznádejnou otravou krvi, mu došli zásoby lieku. Žiariac šťastím už totiž Fleming stihol zistiť, že sa na smrteľne chorom blahodarne začali prejavovať účinky penicilínu. Baktérie sa prestali rozmnožovať, obranné sily organizmu nastúpili do úspešného protiútoku. Keďže v liečbe pre nedostatok penicilínu nemohol pokračovať, baktérie sa začali znova rozmnožovať a pacient zomrel.
Potom vypukla vojna a s ňou stúpol aj záujem o liek ničiaci choroboplodné zárodky. Tu si spomenuli na Flemingovu pleseň. Začali ju kultivovať vo väčšom rozsahu, skúmali, ako vplýva na baktérie. Ukázalo sa, že penicilín je skutočne účinný proti vyše 89 rôznym druhom pôvodcov chorôbm, medzi nimi i zápalu pľúc a pôvodcom otravy krvi. Chorí sa uzdravili väčšinou v krátkom čase.
Po svojich prvých zdĺhavých a namáhavých krokoch začal penicilín svoje víťazné ťaženie po celom svete, najmä od chvíle, keď sa zjednodušil dovtedy komplikovaný proces jeho získavania. Spočiatku sa predpokladalo, že penicilínovú pleseň možno rozmnožovať iba na povrchu kultivačnej pôdy. Neskôr sa našli kmene, ktorým sa pomocou „hĺbkovej kultivácie“ darilo aj v jej vnútrajšku. Odteraz mohli kultivovať hubu v obrovských 50 000 litrových nádržiach. Kultivačné zariadenia a upravovne, v ktorých sa zo živných roztokov získava penicilín, vyrástli dnes na mamutie továrne.
Penicilín sa medzitým stal jedným z najznámejších liekov sveta. Jeho objavenie patrí k najvýznamnejším udalostiam medicíny nášho storočia. Na báze penicilínu vzniklo množstvo ďalších antibiotík.