1972年秋，袁隆平的助手罗孝和用国内“南广占”核不育材料与“日本占”杂交，培育出了“三超杂交稻”，预计其产量会超过父本、母本和对照品种。结果，这些杂种秧苗长势十分旺盛，引起了全国水稻研究专家的高度关注。可是收获时，发现稻谷产量和对照组“湘矮早4号”持平，稻草的产量却增加一倍。
袁隆平仔细分析了这个杂交实验，发现杂种一代的植株高度、叶片长度、分蘖能力都超过父本、母本和“湘矮早4号”，确实实现了“三超”，也就是说，杂种子一代是具有杂种优势的，这是确定无疑的。至于这种优势没有体现在稻谷上，这说明我们的实验方案还需要改进，不是说我们的实验彻底失败了，相反，这个实验有力地证明了杂交稻是存在杂种优势的，具有非凡的里程碑意义。
这个观点提出以后，受到全国育种专家的广泛认可与支持，也消除了杂交水稻科研人员的顾虑。他们以更加饱满的热情投入到这项伟大的事业中来。此后，杂交水稻的研究势如破竹，几年的时间就取得了世界瞩目的成就。
1974年5月，湖南省农业科学院对袁隆平主持选育的“南优2号”等优势组合进行组合比较试验，结果显示：“南优2号”比父本、母本增产16.43%～107.94%，小区域亩产高达675.83kg。次年，该组合在湖南进行全省试种，产量名列第一。“南优2号”等一批杂交稻强优组合诞生，使杂交水稻的优势一下子显现出来，这项先进的技术也迅速撒播全国。
至此，关于杂交水稻有没有杂种优势的理论之争，被袁隆平和他的助手们用事实平息了，也从这个时候起，反对培育杂交水稻的声音才彻底消失了。
三系配套方法培育杂交水稻的方案成功了，袁隆平也一夜之间成为名人。可是还有很多棘手的问题没有解决，大面积推广杂交稻还不现实。因为，在当时的制种试验田里，每亩只能收获5.5kg杂交稻种子，这点种子能种多少地呢？得卖多贵才能不亏本呢？农民买了这么贵的种子，每亩地得产出多少稻谷才能有盈余呢？这是个谁都会算的成本账。
所以这时有人认为，由于水稻是自花授粉作物，花粉的产生量本来就很少，花粉的寿命很短，雌蕊的柱头很小，多数不外露，每日的开花时间很短，这一系列特征是它上万年进化的结果，是与自花授粉相适应的，是不利于异花授粉的。这些特征注定了杂交水稻过不了制种高产关，也就无法大面积推广。袁隆平等人经过研究发现：水稻的稻花结构确实有不利于异花授粉的一面，但水稻至今还保留有其祖先风媒传粉的一些特征，这也是有利于杂交的一面。水稻是开颖授粉的植物，花粉轻、小而光滑，开花时几乎全部散出，借助风力可以传播40m左右，这些特征正是可以用来攻克制种低产的绝妙武器。另外，就单个花药和稻穗来看，水稻的花粉确实比玉米和高粱少，但水稻的总花颖多，就单位面积产生和分布的花粉数量来看，三者之间的差异并不大。根据实地调查测定的结果来看，“南优2号”父本平均每个花药有600粒的花粉，按制种田每亩产父本150kg计算，每亩有花粉300亿个，以10天的散粉时间计算，每天每平方厘米的花粉密度达500粒左右，完全可以满足母本柱头受精的需求。
1975年，湖南省协作组的制种田达到了每亩29kg的产量，其中的高产丘突破了50kg大关。1975年冬天，有的制种队突破了亩产150kg大关。
袁隆平及时进行经验总结，写出了重要论文《杂交水稻制种与高产的关键技术》，来指导全国的杂交水稻制种。杂交水稻育种技术还成为中国向美国出口的第一个农业专利，为世界粮食增产做出了重大贡献。
