La grande occasione, quella che spianò la strada alle nuove frontiere della ricerca biologica, fu lo studio del virus responsabile dell'Herpes zoster, meglio noto come "fuoco di Sant'Antonio". La ricerca in campo virologico era stata avviata già da qualche tempo, ma nulla si sapeva circa i virus responsabili di alcune gravi malattie e di conseguenza risultava difficile individuarne una cura. Dulbecco, insieme al suo collega Seymour Benzer, su invito di Delbruck, decise di convogliare in questa direzione le proprie energie. Dopo aver viaggiato molto negli USA per apprendere tutto ciò che a quel tempo fosse noto sui virus, giunse alla conclusione che ciò che mancava era un metodo appropriato per saggiare questi microscopici agenti. Grazie al suo spiccato ingegno, intuì la possibilità di applicare ai virus animali il metodo delle placche, precedentemente adottato con i fagi, ed effettivamente i risultati a conferma della sua tesi furono eccellenti, tanto da essere presentati all'Accademia Nazionale delle Scienze degli Stati Uniti. A partire da questo momento, la fama dello scienziato accrebbe e tutta la ricerca sui virus fu rivoluzionata.