To, co Carrel uważał dotąd za absurd, stało się rzeczywistością; wszystkie jego dotychczasowe teorie rozsypały się w drobny mak. Była to dla niego wielka lekcja pokory. Już nie patrzył z politowaniem na modlących się pielgrzymów. Czyż ich modlitwa nie jest otwarciem się na działanie wszechmocy samego Boga? Natychmiastowe odrzucenie ateizmu przez Carrela nie było jednak takie proste. W jego sercu rozpętała się dramatyczna walka. Przychodziły mu myśli, że przecież mógł ulec złudzeniu i pomylić się w diagnozie. Odrzucał je, bo uzdrowienie dokonało się na jego oczach, było doświadczeniem laboratoryjnym. Kwestionowanie tego faktu byłoby skrajną nieuczciwością i kłamstwem. Nasunął mu się oczywisty wniosek: tego rodzaju uzdrowienie nie dokonało się siłami natury, lecz mocą Boga. Miał jednak zasadniczy problem: jak przyjąć rzeczywistość wiary, jak otworzyć się na tę nieogarnioną tajemnicę, niedostępną poznaniu naukowemu? „Nie ma żadnego dowodu, że Bóg nie istnieje – myślał Carrel – i że Najświętsza Panna jest tylko tworem naszej wyobraźni. Wydaje mi się trudną rzeczą udowodnić, że Bóg istnieje, ale również niemożliwe jest zaprzeczenie Jego istnienia. Jak to się dzieje, że niektórzy wybitni naukowcy, jak na przykład Pasteur, potrafią pogodzić wiarę w nieomylność nauki z wiarą w Boga?”.Carrel siedział przed Grotą Objawień i zmagał się ze sobą do godziny drugiej w nocy. W końcu zdecydował się wejść do kościoła przepełnionego modlącymi się pielgrzymami z kraju Basków. Ukląkł obok sędziwego wieśniaka i z głębi swojej zbolałej duszy zaczął prosić: „Panno Najświętsza, ucieczko nieszczęśliwych, na mój brak wiary odpowiedziałaś niezwykłym cudem. Nie umiem go pojąć i wyzbyć się zwątpienia. Największym moim pragnieniem i celem wszystkich dążeń jest wiara niezachwiana. Przyjmij mnie, grzesznika, znękanego pogonią za błędnymi światłami. Pod twardą opoką mojej pychy intelektualnej żyje najpiękniejszy ze wszystkich snów, choć niestety jeszcze tłumiony – by wierzyć w Ciebie i kochać Cię tak, jak kochają Cię zakonnicy o duszy nieskazitelnej”. Po tej modlitwie Carrel poczuł niesamowity pokój oraz pewność, że jest Bóg, który go bezwarunkowo kocha. Pisał: „Skoro dusza skłoni się ku Bogu, znajdzie spokój i zamieszka w Bogu, a Bóg zamieszka w niej. (…) Bóg jest poza wszelkim zrozumieniem i poznaniem. Ale tam, gdzie rozum nie ma dostępu, pragnienie i miłość są dopuszczone”.
 

To był moment przełomowy w jego życiu. Zrozumiał, że największym skarbem dla człowieka jest wiara w Boga, który w Jezusie Chrystusie stał się prawdziwym człowiekiem, oraz wiara w największy cud, jakim jest Zmartwychwstanie Chrystusa. O dar wiary trzeba się modlić codziennie. Carrel uwierzył w realną obecność Chrystusa w Eucharystii; uwierzył, że Jezus jest Bogiem, drugą Osobą Trójcy Świętej, że zmartwychwstał i jest obecny w katolickim Kościele, nauczając, uzdrawiając, uwalniając z niewoli grzechów tych wszystkich, którzy w sakramencie pokuty przyjmą dar Jego Miłosierdzia.
 

Znakiem każdego autentycznego nawrócenia jest całkowite posłuszeństwo Chrystusowi, który żyje, uzdrawia i naucza w Kościele. Alexis Carrel pisał: „Wierzę we wszystko, czego naucza Kościół katolicki, i nie jest to dla mnie żadną trudnością, gdyż nie znajduję żadnej sprzeczności pomiędzy faktami naukowymi i nauczaniem Kościoła”. Uznał swoją całkowitą zależność od Boga. W konsekwencji poddał Jego świętej woli swój rozum, swoją wolę i całe swoje postępowanie. W jego notatkach z tego okresu zachowała się następująca modlitwa: „Panie, pokieruj moim życiem, gdyż zagubiony jestem w ciemnościach. Boże mój, jakże żałuję, że nic nie zrozumiałem z życia, starając się rozumieć sprawy, które na próżno człowiek stara się zrozumieć. Życie nie polega na zrozumieniu, lecz na miłości, na niesieniu pomocy drugim, na modlitwie, na pracy. O spraw, mój Boże, by nie było jeszcze za późno!”. Przeglądając rejestry cudownych uzdrowień w lurdzkim Biurze Medycznym, Carrel widział nazwiska lekarzy, wielu swoich kolegów i przyjaciół, którzy bali się przyznać, że byli w Lourdes, aby nie potraktowano ich jako nawiedzonych głupców. Środki masowego przekazu lansowały wtedy opinię, że to, co się dzieje w Lourdes, jest wielkim oszustwem kleru. Również dla Carrela angażowanie się w sprawę Lourdes mogło się stać przeszkodą na drodze jego naukowej kariery, ale mimo to doktor nie uległ zastraszeniu; był zdeterminowany, aby świadczyć o poznanej prawdzie, bez względu na czekające go konsekwencje. Doktor Carrel z pełnym przekonaniem podpisał raport medyczny opisujący natychmiastowe, całkowite uzdrowienie umierającej 21-letniej Marie Bailly. Po powrocie do domu opublikował w miejscowej gazecie artykuły na ten temat. Zaraz po tych publikacjach został brutalnie zaatakowany w prasie przez antyklerykalnych polityków oraz przez środowisko uniwersyteckich profesorów. Bezpośredni przełożony dra Carrela oznajmił mu, że po publikacjach o cudzie nie ma dla niego miejsca na uniwersytecie, chyba że odwoła to wszystko, co napisał o Lourdes. Doktor Carrel był jednak bezkompromisowy, wolał przerwać swoją karierę naukową, aniżeli ulec temu szantażowi i sprzeniewierzyć się prawdzie.

 

Carrel został zwolniony z uniwersytetu. Kilka miesięcy później, w maju 1904 r., wyjechał do Kanady. W roku 1906 przeniósł się do Nowego Jorku, gdzie w Instytucie Rockefellera bardzo szybko stał się jednym z najlepszych naukowców tamtejszego zespołu badawczego. Prowadził badania na zwierzętach, opracowując nowe techniki operacyjne, które zostały uwieńczone wielkim sukcesem. Zoperował naczynia krwionośne dziecka, ratując je od śmierci. Ten właśnie zabieg został odnotowany jako wyjątkowe wydarzenie w Journal of the American Medical Association (14.05.1910 r.). Carrel przeprowadzał doświadczenia transplantacji całych organów u zwierząt. Ze zwierzęcych embrionów uzyskał substancję, która pozwala na utrzymanie przy życiu tkanek lub organów poza organizmem. Udało mu się utrzymać przy życiu serce kury przez 20 lat. Dzięki tym eksperymentom nastąpił w medycynie wielki przełom, który dał podstawy do przeszczepów organów ludzkich, operacji serca i naczyń krwionośnych. Za te osiągnięcia Alexis Carrel otrzymał w 1912 r. Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny i fizjologii.
 

Carrel, kiedy tylko mógł, odbywał pielgrzymki do Lourdes. Jeździł tam, aby się modlić i dziękować za dar wiary, ale jako naukowiec dalej badał tajemnicę cudownych uzdrowień. W 1910 r. podczas pobytu w Lourdes dr Carrel był świadkiem spektakularnego cudu odzyskania wzroku przez dziecko niewidome od urodzenia. Tego samego dnia wieczorem, idąc na modlitwę do Groty Objawień, poznał piękną młodą kobietę, wolontariuszkę, która opiekowała się owym cudownie uzdrowionym ze ślepoty dzieckiem. 35-letnia pani de la Meyrie pochodziła z arystokratycznej rodziny, a po śmierci męża poświęciła się pracy charytatywnej i wychowaniu kilkuletniego syna. Carrel nawiązał z nią znajomość, która szybko przerodziła się we wzajemną miłość i doprowadziła do zawarcia przez nich sakramentu małżeństwa.