第二次世界大战爆发后，德尔布吕克有家不能回，有国不能归。只好在美国范德比大学任物理学讲师，但实际上他把全部的精力都用在噬菌体的研究方面。恰好，这时意大利生物学家卢里亚（S.E.Luria）也到了美国。

    1939年，在美国国际学术交流圣地——冷泉港举行了美国物理学年会，德尔布吕克和卢里亚邂逅相逢，置腹畅谈。有趣的是，他们主要话题是理论物理，谈话后却一起做了48小时的噬菌体实验。

    卢里亚1912年8月13日生于意大利都灵，1991年2月7日去世。他早年在都灵大学攻读医学，1935年获得博士学位后，曾赴法国巴黎的镭研究所，在微生物学家沃尔曼（E.Wollman）指导下，专门学习过研究噬菌体的技术。1940年夏天，德尔布吕克放弃了新婚蜜月的 假期，邀请卢里亚到冷泉港实验室，共同研究噬菌体的遗传问题。卢里亚欣然前往，并将学过的噬菌体研究技术毫无保留的传授给了德尔布吕克。后来，美国生物学家赫尔希（A.D.Hershey）也加入了研究。共同的志向和兴趣，使他们三人结下了深厚的友谊。

    1940年，德尔布吕克在冷泉港召开了第一次噬菌体学术讨论会，正式创建了噬菌体小组。这个小组并非正规的组织，德尔布吕克也不享受什么特权，他只是以自己新颖的思想和出色的能力，将一批科学上志同道合者聚集在一起，携手探索共同感兴趣的科学难题。当时研究重点在于鉴定病毒的遗传物质，要达到这一目的，就得吸引尽可能多的人到小组中来。为了激起人们对噬菌体的兴趣，德尔布吕克和卢里亚不辞辛苦，举办噬菌体暑期学校，开设噬菌体课程，同时组织了野营等活动。这些活动的开展使噬菌体小组的影响逐渐扩大，参加的人员逐渐增多。还创办了不定期的内部交流学术刊物《信使》和《内部论坛》。最盛时活动有来自37个国内外研究机构和大学的数百人。这些人专业各异，研究方法也不同，学术气氛十分活跃。噬菌体小组开展了卓有成效的 细胞遗传学研究工作，很快取得了一批令人瞩目的科学成果。

    为了搞清噬菌体到底是什么样子，仅仅依靠光学显微镜是根本不行的，于是德尔布吕克、卢里亚和赫尔希对放射性标记技术进行了改进，将标记了的噬菌体用紫外线照射，在问世伊始的电子显微镜下拍摄了历史上第一副噬菌体照片。这幅照片上的噬菌体头圆尾细。从而证实了以前学者们对它的猜想和描述。不久，卢里亚又获得了大肠杆菌噬菌体T1、T3、T4、T6等电子显微镜照片。

    1943年，卢里亚和德尔布吕克又设计了著名的涨落实验，解决了长期以来悬而未决的有关细菌变异的难题。

    人们早就发现细菌能够发生各种各样的变异，比如细菌很快就会对新的抗菌药产生抗性。当时许多人都认为这是细菌对环境适应的结果，虽然也有人猜测生物界应该有统一的遗传规律，认为细菌的变异与高等生物一样来源于遗传物质的改变——基因突变。但是要想严密证实这种观点却相当困难。因为要检验细菌是否有抗药性，必需让细菌去接触响应的药物，但这样又难以区分细菌的抗药性到底是接触药物之前产生的还是之后产生的。

    为了寻找问题的答案，卢里亚和德尔布吕克设计了这样的实验：取对噬菌体敏感的大肠杆菌作为培养物，把培养液稀释后分装大试管1份，小试管20份。培养一段时间后，将大试管内的培养液分成与小试管同样体积若干份作为对照，与小试管一起分别倒在预先涂有噬菌体的固体培养基平皿上，进过培养后计算各平皿上的抗体菌落数量。

    如果细菌的抗体是由噬菌体引起的，那么分装在小试管中的样品将会出现大致相等的抗性细菌；如果细菌的抗性由自发的基因突变所致，那么其中的抗性细菌数就应该和突变发生的早晚有关，也就是说在测定细菌抗性时，可能某些试管中还没有发生抗性突变，也可能此时正在发生一个突变，或者早已发生了突变并通过细胞分类产生了许多具有抗性的后代细菌，因而使小试管中的抗性细菌数量出现较大涨落。

    实验结果果然不出卢里亚和德尔布吕克的预料，来自小试管的20个样品的抗性菌落数出现相当大的涨落。同样的方法也证明细菌对链霉素和磺胺等药物的抗性与这些药物的存在无关。看来细菌的抗性的确是由于基因突变造成的。

    1943年，卢里亚和德尔布吕克发表了题为“细菌从抗病毒性到对病毒敏感性的突变”的论文，用巧妙而简洁的实验平息了关于细菌变异起源的争论，证明了细菌和高等生物都遵循统一的遗传现象。这篇论文的重要意义是，第一次指出了需要通过什么样的实验安排，怎样进行数据处理和应用什么样的方法，才能取得有意义的而不是含糊的结果。美国遗传学家斯滕特（C.S.Stent）在他的《分子遗传学》专著中说：“正如遗传学以1865年孟德尔论文问世作为它的诞生之年，细菌遗传学的诞生应定在德尔布吕克和卢里亚发表论文之时。”事实正是这样，这篇论文成为以后所有有关论文的标准。

    1969年，诺贝尔委员会向赫尔希以及德尔布吕克和卢里亚颁发了罗贝尔生理学医学奖，表彰他们“发现了病毒的复制机制和遗传结构”，从而“提供了对于病毒和病毒疾病本质更加深刻的认识”，同时还特别称颂他们的研究有助于 深入了解细胞遗传的机制，了解控制组织和器官在发育、生长和功能方面的原理。

    德尔布吕克开创了卓有成效的噬菌体研究，正如诺贝尔委员会在致词中所说：“荣誉首先应归功于德尔布吕克，是他把噬菌体的研究从含糊的经验知识变成了一门精确的科学。他分析和规定了精确测定生物效应的条件。他与卢里亚一起精心设计出定量的方法，并且确定了统计求值的标准。有了这些，才有可能在后来展开深入的研究。”  德尔布吕克的功劳不只是取得了一些出色的研究成果，更重要的是他开辟了一个新的科学领域。著名分子生物学家西蒙兹（N.Symonds）认为：“ 德尔布吕克虽非杰出的物理学家，然而却是一个有着独具匠心的分析灵魂的科学家，他把涓涓清溪注入了昔日生物学思想方法的浊潭。他的充满自信的清晰实验结果及其合乎逻辑的解释，影响了一批研究领域。他那敏捷的才思使他具备了一个批评家应有的良好素质。”使这位噬菌体小组创世人感到欣慰的是：“我们的新成就，已教会我们把生命之树盘根错节的关系阐明得如此详尽。”法国遗传学家、1965年诺贝尔生理学医学奖获得者雷沃夫（A.M.Lwoff）曾说：“美国当之无愧地成为噬菌体的圣地。这很大程度上要归功于德尔布吕克、卢里亚及其小组的卓有成效的努力。我和许多其他工作者一样，极大地得益于这以美国学派的方法学、发现和概念，也大大地得益于与他们小组成员的个人接触。”的确，德尔布吕克所主持的噬菌体小组为生物学界造就了大批出类拔萃的杰出人才。其代表人物最突出的还有美国生物学家比德尔（G.W.Beadle）和塔特姆（E.L.Tatum），他们由于发现基因的作用是对某些化学过程进行调控而荣获1958年诺贝尔生理学和医学奖；美国遗传学家沃森、英国物理学界克里克（F.H.C.Crick）和威尔金斯（M.H.F.Wilkins），由于发现了DNA分子结构及其对生物体内信息的意义而荣膺了1962年诺贝尔生理学医学奖。