По возвращении она стала работать в Королевском колледже в Лондоне. Там Розалинд подключилась к исследованию ДНК, начатому междисциплинарной командой и отложенному почти на год. Целью было узнать молекулярную структуру ДНК. Для этого Франклин выравнивала волокна ДНК, соединяла их в пучки и облучала тщательно подготовленные образцы рентгеновскими лучами при влажности 75 и 95 %. При 95 % молекулы вытягивались; это состояние Франклин назвала B-формой ДНК. Изображения ДНК в этом состоянии выглядели как цепочки Х, то оказывающиеся в фокусе, то выпадающие из него, – это свидетельствовало о спиралевидной структуре ДНК, хотя Розалинд еще об этом не знала.
В Королевском колледже Франклин не имела официальных соавторов. Самым очевидным выбором был бы Морис Уилкинс, работавший там же, но в начале знакомства он неверно понял положение Розалинд, и коллеги стали противниками. Для Розалинд это имело негативные последствия: Уилкинс, жалуясь Уотсону на сослуживицу, без разрешения показал ее великолепную В-форму работавшему в Кембридже американцу.
Эта фотография, сделанная Франклин, стала настоящим откровением для Уотсона, работавшего с мутными картинками месива из форм ДНК, подготовленных при разной влажности. Четкое изображение образца ДНК, подготовленного при высокой влажности, полученное Франклин, изменило понимание ДНК Уотсоном и Криком.
Следующий прорыв Уотсона и Крика также был достигнут благодаря Франклин – и снова без ее ведома. В 1952 г. Розалинд попросили обобщить результаты ее работы за прошлые годы для правительственного комитета. Макс Перуц передал ее резюме Уотсону и Крику. (Статья не имела грифа секретности, однако отчет не предназначался для лиц, не состоящих в комитете.) Этот отчет дал кембриджской паре решающую информацию о «сухих» и «влажных» формах ДНК. В сочетании с их собственными исследованиями фрагментов исследования Франклин хватило Уотсону и Крику для ясного понимания структуры ДНК. Объявив о своем открытии в журнале Nature, что ДНК представляет собой спиральную лестницу, одна сторона которой направлена вверх, а другая – вниз, они заявили свои права на приз за решение этой загадки, не сообщив о роли Розалинд в своем открытии.
Команда из Кембриджа обошла Франклин именно тогда, когда она была готова порвать с Королевским колледжем. Она считала, что атмосфера там ей не подходит, и многие коллеги соглашались с ней. Когда первооткрыватели были увенчаны лаврами, Розалинд перевелась в Биркбек-колледж и отошла от исследования ДНК, как было оговорено в соглашении о ее переводе.