Дюбуа увлекается идеями Эрнста Геккеля, теоретически предсказавшего существование ископаемых форм, промежуточных между человеком и человекообразными обезьянами. В 1887 году, уже будучи доктором медицины и естественных наук, он решает отказаться от карьеры и отправиться в Юго-Восточную Азию на поиски остатков «недостающего звена». Для этого ему пришлось поступить на военную службу, в чине сержанта королевской колониальной армии Нидерландов, позволявшей отправится на Суматру.
Полтора года он ведет поиски за счет своего скромного жалования, выкраивая время от обязанностей военного врача. Первоначально Дюбуа ведет раскопки в пещерах, по аналогии с находками стоянок неандертальцев в Европе. Он совершает длинные переходы, исследует множество пещер, однако не обнаруживает в пещерных отложениях ни остатков «обезьяно-людей», ни даже каменных орудий или следов стоянок.
Иногда он публикует отчеты о своих палеонтологических находках. Колониальная администрация обратила внимание на его работы и поручила ему палеонтологические исследования на Суматре, в результате он получил средства для ведения раскопок и смог, наконец, оставить военную службу.
В 1890 году он получает разрешение продолжить исследования на острове Ява, где был найден человеческий череп. Осмотрев находку, Дюбуа с разочарованием убеждается в ее относительно позднем возрасте, однако его заинтересовали условия залегания окаменелости, найденной в береговых отложениях озера. В дальнейшем, Дюбуа проводит поиски по берегам рек, иногда здесь встречаются слои переполненные окаменевшими костями вымерших животных. Он собирает богатые коллекции остатков, принадлежащих южному слону стегодону, буйволам лептобос, разнообразным оленям, гиппопотаму, тапиру, носорогу, свинье, гиене, льву, крокодилам и др.
Pithecanthropus erectus, Ява, 1891-93
Наконец в сентябре 1891 года, в долине реки Бенгаван, недалеко от деревушки Тринил, он находит ископаемый зуб, одновременно похожий и на человеческий, и на зуб человекообразной обезьяны. Находка залегала в слоях, возрастом около миллиона лет. Еще два года упорных раскопок позволили обнаружить черепную крышку и берцовую кость.
Дюбуа долго размышлял над находками: череп выдавал исключительную примитивность существа из Тринила, но объем мозговой полости был значительно больше, чем у любой человекообразной обезьяны, берцовая кость, имела характерные особенности, говорившие о прямохождении ее владельца. Тщательные измерения и сравнение с аналогичными костями человека и человекообразных обезьян убедили Дюбуа, что перед ним остатки промежуточного вида, в строении которого перемешались черты, характерные для антропоида и человека. Дюбуа называет это существо Pithecanthropus erectus (Обезьяночеловек прямоходящий), взяв предложенное еще Эрнстом Геккелем родовое название.
В 1894 году в Батавии выходит его хорошо иллюстрированная книга: «Pithecanthropus erectus eine menschenanliche ubergangsform aus Java» («Обезьяночеловек прямоходящий, человекообразная переходная формам с Явы»).
Питекантроп (реконструкция)
В следующем года Дюбуа прибыл в Европу, где его работа, и привезенные ископаемые кости питекантропа, вызвала огромный интерес и явилась причиной долгих и жарких споров. Дюбуа выступает перед антропологами и зоологами в разных городах Европы, демонстрирует свои находки, доказывает свою правоту. Часть антропологов поддерживают его точку зрения, но другая часть, с досадой отмахивается от доводов и упорно не желает признать обоснованность заключений о «недостающем звене». В ход идут оскорбления, его противники, под видом критики Дюбуа, совершают нападки на теорию Дарвина.
Два года ведет ученый ожесточенное сражение за питекантропа. Наконец измученный и униженный оскорблениями и нападками «коллег», он предпринимает неожиданный для всех шаг: в 1897 году сдает кости питекантропа на хранение сначала в музей Тэйлора, а затем в хранилище Лейденского музея. Двадцать пять лет они находились в сейфе и Дюбуа никому не разрешал их увидеть. В это время он не принимает никакого участия в научных дискуссиях, и кажется, что судьба открытия стала ему безразлична.
В 1923 году, в Китае были найдены остатки другого гоминида - синантропа; к этому времени многие противники Дюбуа окончательно скомпрометировали себя нежеланием принимать очевидное, и Дюбуа вернулся из добровольного затворничества.
В 1938 году, голландским палеонтологом Густавом фон Кенигсвальдом на Яве были обнаружены остатки питекантропа лучшей сохранности, что сняло все сомнения в его реальности.