明嘉靖四十五年（1566），皇宫里发布了一道命令，从地方的府、州、县各处举荐名医，召入太医院，以补充太医院的缺额。楚恭王深知李时珍医术高明，便举荐他到了京城的太医院。
太医院是皇宫里设立的医疗机构，不仅召集了全国的名医，而且各地所产的珍贵的药物都定期送入，还有外国进贡的药物，这使李时珍的眼界大开。他常去药库一一观察这些品质优良的药材。把它们的特性和贮存方法都记了下来，并对照古代医书，纠正其中的错误，把这些内容都编入了《本草纲目》。
明隆庆六年（572），李时珍的父亲李言闻去世。李时珍奔丧回来后写成了《奇经八脉考》一书，全书一万多字，分为十七篇，对每条奇经的循行路线、生理病理等作了说明，纠正了前人的错误，并提出了自己的见解。像《四库全书提要》所说的那样：“其书谓人身经脉，有正有奇，手三阴三阳，足三阴三阳为十二正经；阴维、阳维、阴跻、阳跻、冲、任、督、带为八奇经。正经人所共知，奇经医所易忽，故特详其病源治法，并参考诸家之说，荟萃成编，其原委精详，经纬贯彻，询辨脉者所不可废。又创为气口九道脉图，畅发《内经》之旨，而详其诊法，尤能阐前人未泄之秘。考明初滑寿尝撰《十四经发挥》一卷，于十二经脉外，益以任督二脉，旧附刊薛己医案之首，医家据为绳墨。时珍此书，更加精核，然皆根据《灵枢》、《素问》，以究其委曲，而得其端绪，此以知征实之学，由于考证，递推递密，虽一枝亦然矣。”这本书同《濒湖脉学》一样，也是一部既有系统总结，又有独特创造的著作。对于现今经络理论的研究和临床实践都有重要的参考价值。
到了明万历元年（1573），李时珍升为太医院判。虽然职位升了，但是他看到皇帝和士大夫们一味追求长生不老的仙术，将那些珍贵的人参、灵芝、龙涎香、梅花鹿等大量的用于炼丹，心里非常反感。而且想到《本草纲目》的编写已经经历了二十多个春秋，自己也将年过花甲，得加紧完成。于是在次年便托病回家了。
李时珍回到家中，按理说可以安心坐下来写书了，但是他把这许多年写的稿子拿出来整理后，心中并不满意，觉得从古书中收集来的资料多了些，而实际的东西少了些。推敲了许久，李时珍决心重新修改稿子，并采集药物标本。
主意打定，准备了两天，便带着徒弟庞宪，次子李建元离家外出。他首选的目标是湖广西北部的太和山。因为李时珍在武昌楚恭王府的时候，曾经从蛇山观音阁的一位老和尚那里听说过，在太和山一带有一种叫做“曼陀罗”的植物，这种植物开出的花色白而大，非常漂亮。相传用这花酿出的酒，味道甘醇，且有奇妙之处，如果采花的是笑着采花，这酿成的酒喝了之后便令人发笑；如果采花的人是边采花边舞蹈，那采来的花酿的酒喝了之后，就会情不自止地手舞足蹈。李时珍当时听了，很感兴趣，但又不十分相信，只是脱不了身，无法亲自去尝尝，现在他倒要去探个明白。
这太和山本是明朝的叫法，现在叫做武当山，主峰也叫做紫霄峰。武当山在湖北省西北部，汉江南岸，与西南的大巴山、巫山和东南的荆山共同构成了神农架。这里有参天大树布起的一片片森林，有许多濒临灭绝的珍稀动物，还有多种名贵的中药。传说中的古代人物，与燧人、伏羲合称“三皇”的神农氏，就是在这里尝百草之滋味，一日而遇七十毒，从而发现了药草。此山山势峻拔，为道教名山和武当派拳术发源地。有上、下十八盘等险路及七十二峰、三十六涧等名胜景地，山上的柴霄宫、太清宫、玉虚宫等规模宏伟，更有著名的铜铸金殿和神像。
李时珍他们三人来到这里，虽面对如此美丽的景色，却无心游玩。李时珍对庞宪和建元说：“这曼陀罗我也没见过，书上也没有记载，只听那和尚说过。它高约四五尺，叶子形状像茄子的叶，所以又叫山茄子或风茄儿。七八月开花，正是现在这个时候。花呈漏斗状，色白而大。我们仔细寻找就是了。”
可是武当山这么大，遍地长满野草和各种植物，要找这曼陀罗哪有这么简单？
足足找了三天，从山脚下开始找起，已经找到了半山腰。这曼陀罗连个影儿也没有。第三天的晚上，三人虽躺下了，但谁也睡不着。建元年纪最小，他早沉不住气了。见父亲只是在那里翻身，知道他也在犯愁，便轻声地说：“父亲，咱们还是分头找吧！您年纪大就在后面慢慢地找，我和庞宪分两边去找。”庞宪听了，忙说：“不行，不行！我经常走山路，我先上去，建元兄弟培着师傅才是。”李时珍也不言语，由他们两人争吵。最后听他们两人争得没完没了，才慢慢地说：“好了，你们别争了，这山路险，虫兽又多，还是大家在一起的好。这曼陀罗我相信是有的，会找得着的。”经他一说，建远和庞宪都不言语了。
第四天的时候，他们像前三天一样，只往林子里钻，可是转来转去，还是没见到这曼陀罗。看看天色已近黄昏，三人只得从林子里出来，三人谁也不言语，各想各的心思。
这时，从山上走下来个老汉往，李时珍见了忙走上前去，行过礼后便问老汉：“请问老伯，这山上有没有一种叫曼陀罗的花？”接着又把这曼陀罗的形状描述了一番。这老汉说：“有，有，这山上多着呢！”“我们已经找好几天了，怎么找不到呢？”老汉听李时珍这么一说，笑了起来：“你们在这里找什么呀！这里的山坡是朝阳的，而且都是些高大的树木。这花喜阳光，它只长在向阳的山坡上，你们不要往树林里钻，在那草丛中就有。”说完这话，又往山上不远处指了指。李时珍顺他指的方向望去，隐隐约约地见到一条小道。老汉说：“顺这道儿绕过去，后面的山坡上就有。”他们三人听了，个个面露喜色，连连向老汉道谢。李时珍轻轻地叹道：“真是活到老，要学到老！”
第二天，他们起了个早，沿着昨天那老汉指的小道走去。这山确实高大，走了大半日方绕过这背阳的山坡。一绕过背阳的山坡，就见到前面有一片宽阔的草丛，在草丛中一朵朵碗口大的白花昂首挺立着，李时珍他们三人一见这花不约而同地叫了起来：“看！这就是！这就是曼陀罗！”他们边叫边向这曼陀罗跑去。李时珍已是五十多岁的人了，一不小心脚下被蔓草绊了一下，便摔倒在地，他顾不得伤痛，很快地爬了起来，继续往前跑去，跑到那曼陀罗跟前，李时珍就像见了宝贝一样，围着这花转来转去，一会儿低下头用鼻子闻闻，一会儿又弯下腰去瞅它的茎叶。许久许久才伸出微微颤抖的双手捧住这花，眼中滴出了一颗颗泪珠……
他仿照观音阁的老和尚所说的那样，连笑着边采上几朵花，又边跳舞边采几朵，分别用干净的布包了。最后同建元、庞宪一起小心翼翼地刨开这花周围的土，连根挖了几株带上。在下山的时候，又挖了些药草和奇花异草，真是丰收而归。
李时珍回到家中，便请人用这曼陀罗花去酿酒，酒酿成后，他亲自尝试。结果发现并不像和尚所说的那样，笑着采下的花酿成的酒喝下会令人发笑，舞蹈时采下的花酿成的酒喝下去会手舞足蹈。只是这花不用酿酒，服用较多后可使人神志恍惚，这时如果有旁人逗他、怂恿他，让他笑他就会笑，让他跳舞他就会跳舞。后来又发现这花有平喘、止痛的功效，可以治疗咳逆气喘、胃痛等症。李时珍将这些都一一写进了《本草纲目》。现在有些大夫用的“洋金花”、“风茄花”，就是这曼陀罗花，且都是以《本草纲目》作为依据。
此后，李时珍经常外出进行考察和采访，湖北、河南、河北、安徽、江苏、江西等许多地方都留下过他的足迹。他的观察细致入微。如对蚂蚁的观察，他发现蚂蚁到处都有，有大、小、黑、白、黄、赤几种，居住在洞穴中，是卵生动物，它们有等级的差别，有君臣之分，行走时会排成队伍，天如要下雨它们能感觉到，春天出来，冬天伏藏。
对于菖蒲，他掌握到菖蒲有五种：长在池塘里，叶子像蒲，根肥大。高二三尺的，是泥菖蒲，又叫白菖蒲；长在溪涧，叶子像蒲，根瘦小，高二三尺的，是水菖蒲，又叫溪荪；长在水石之间，叶上有剑一样突起，根细而有很多节，高一尺多的，是石菖蒲；还有人用砂栽培至一年以上，春天的时候剪下来清洗，越剪越细，高四五寸，叶子像韭菜，根像匙柄那样粗的，也是石菖蒲；更小的一种，根长二三分，叶长一寸左右，这叫钱蒲。并指出作为药用的只有两种石菖蒲，其他三种都不行。这种草，枯老的叶子掉了就会长出新叶，四季常青。
关于竹子，众所周知有许多品种。李时珍经过观察，指出竹子茎上有节，节上长枝，这枝上还有节，在枝节上长叶，这叶一定是三片。这枝一定是两枝。六十年开花，开花结实之后便枯花，并且对地下根的情况他也知道，指出：“其根鞭喜行东南”，至于竹子的品种，他掌握了十多种：如产于四川的节短而突的“筇竹”，产于荆南；一尺的有好几个节的“眉竹”，产于吴、楚，每节有一尺多长，可以做笛子的“笛竹”，产于严州；株高只有一尺多的“越王竹”，叶宽只有二三分的“凤尾竹”；还有叶宽如芭蕉叶的“龙公竹”以及丛生的“慈竹”等。更有滇广产的实心竹、川蜀产的方形竹、秦州产的无节“通竹”和茎干长有芒刺，周长达二尺多粗的“棘竹”等。并对各种竹子的用途也都了解。如“汉竹”可以做水桶、“棕竹”可以做手杖、“寻竹”可以做舟船、“筋竹”可以织布等。
这些内容都写进了《本草纲目》，所以后人看了无不佩服，如不是亲自考察，怎么会有如此生动形象而又确切的描述呢？