恩格斯在1874年9月21日写给马克思的信中对黑格尔以及他自己对黑格尔的研究所说的话清楚地表明，恩格斯始终高度重视哲学史方面的文献。这一阶段中写成的札记有许多都是对黑格尔最著名的著作再度进行研究的成果。这表明恩格斯正在努力把黑格尔著作中的合理内核即辩证法变成有助于从哲学上理解自然科学的东西。恩格斯联系黑格尔总是指出，自然研究家要想理解在对立之中实现的现实运动，就必须辩证地使用概念和范畴。（另见〔14〕、〔17〕、〔20〕、〔22〕、〔55〕、〔63〕）。恩格斯在这一阶段经常回到同不可知论或怀疑论的争论上来。（〔16〕、〔23〕、〔33〕、〔36〕）
1874年9—10月，恩格斯继续加紧研究同时代人的自然科学文献。赛米尔·穆尔的一封信表明，1874年初恩格斯显然就已拿到了恩斯特·海克尔的著作《自然创造史》1873年柏林第4版（第1版1868年在柏林出版）。（参看赛米尔·穆尔1874年3月18日给恩格斯的信）这部著作论述了达尔文进化论的前史和内容以及这一理论对自然研究的很多领域的影响，并从世界观的角度进行了说明。最初提到海克尔是在1874年10月写成的几篇札记中。（见〔40〕—〔44〕、〔49〕—〔53〕、〔59〕和〔61〕。）
恩格斯在这之后的一段时间里多次回到《自然创造史》上来。它是恩格斯在整个第一个写作时期中利用过的最重要的自然科学文献之一。这完全符合他对进化论所表现出的兴趣，早在1859年他研究查理·达尔文的著作《根据自然选择即在生存斗争中适者保存的物种起源》（1859年伦敦版）时就显示出了这种兴趣。[17]这清楚地表明，他在写作过程中放弃了他在1873年5月底表示的暂不涉及有机体辩证法的设想。[18]除了《自然创造史》之外，恩格斯还利用了海克尔的其他著作（《有机体一般形态学》1866年柏林版第1、2卷；《人类起源学或人类发展史》1874年莱比锡版）。
恩格斯在这一写作阶段进行的自然科学研究的第二个重点是物理学。恩格斯感兴趣的不仅有牛顿力学，以及黑格尔对牛顿力学理论和对这种理论的各种机械论解释所作的批判（见〔13〕、〔28〕、〔31〕、〔32〕、〔34〕、〔63〕），而且还有狭义的物理学，尤其是1842年被称为机械的热理论的基本规律的能量守恒定律。恩格斯在这个方面依据的是威廉·罗伯特·格罗夫的著作《物理力的相互关系》（1855年伦敦第3版）和鲁道夫·克劳胥斯1867年在德国自然研究家和医生美因河畔法兰克福第41次代表大会上所作的报告《关于机械的热理论的第二大定律》（1867年不伦瑞克版），（见〔29〕、〔37〕、〔39〕、〔54〕）。恩格斯在1865年3月29日给弗里德里希·阿尔伯特·朗格的信中就曾提到过格罗夫的这部著作。[19]在这一写作阶段中，恩格斯依据这些文献，主要是依据格罗夫的著作，得出了把运动看做就是变化这一普遍的哲学规定。
〔64〕《摩里茨·瓦格纳〈自然科学的争论问题〉》很可能也属于这个写作阶段。恩格斯在这篇论文中针对的是1874年10月6、7、8日《奥格斯堡总汇报》第279、280、281号增刊。该论文和1874年写成的其他札记（例如：〔49〕、〔59〕）在内容上有较紧密的联系，恩格斯在这些札记中已经探讨了生命起源或更确切些说由化学到生命的转化问题。
1874年9月，恩格斯读了丁铎尔的演说，丁铎尔对伊壁鸠鲁的认同给他留下了深刻的印象。[20]丁铎尔在他的“开幕词”中详细论述了古代原子论以及它在近代自然科学中重新被认可的情况。他把原子论称做科学的自然学说的基础。大概是丁铎尔的演说促使恩格斯去仔细研究古代自然哲学，从札记〔26〕、〔46〕、〔60〕中就可以清楚地看出这一点。在这个方面，恩格斯读了卡尔·路德维希·米希勒出版的黑格尔的《哲学史讲演录》1833年柏林版第1卷（《黑格尔全集。作者生前友人出版的全集版》。第13卷）（参看〔60〕）。因此，《自然辩证法。一》至《自然辩证法。十一》之外的写有片断材料〔95〕、〔96〕和〔97〕的那几页手稿可能也是在这段时间（1874年9月或10月）写成的。〔95〕是黑格尔《哲学史讲演录》的摘要，这段文字论述的是古代自然哲学。〔96〕出自马克思的手笔，论述的是希腊原子论。在确定这几篇材料的写作日期时还留下一个问题，即恩格斯为什么不把它们列入《自然辩证法。一》至《自然辩证法。十一》之内。还不能完全排除它们是在更晚些时候写成的。根据是，〔96〕和〔163〕《〈反杜林论〉旧序。论辩证法》中利用的是相同的哲学史文献。〔95〕、〔96〕和〔97〕大约写于1874年9月或10月，这也可从所使用的纸张得到说明，从这一点出发并且考虑到《自然辩证法。一》至《自然辫证法。十一》的内在完整性，这几篇材料按写作时间排列时列在材料〔1〕—〔94〕之后。
第三个写作阶段大约在恩格斯再次中断《自然辩证法》写作一年之后于1875年11月开始的。恩格斯在这个阶段写成了从《自然辩证法。八》到《自然辩证法—reference〔引据〕》，还有札记〔65〕—〔94〕以及第1篇比较完整的论文〔98〕《导言》。第三个写作阶段的截止日期无法精确地确定，可能是到1876年5月为止。可以肯定，这个阶段至此已经结束，因为恩格斯从此时起已开始和杜林进行较紧张的争论。
1875年11月，《自然辩证法。八》和《自然辩证法。九》这两个对开页手稿首先写成，这包括了札记〔65〕—〔84〕。确定《自然辩证法。八》的写作日期的根据是，恩格斯在两个札记（〔71〕和〔73〕）中都参阅了1875年在圣彼得堡匿名出版的彼得·拉甫罗维奇·拉甫罗夫的著作《论思想史》，而这本书是作者题词后送给恩格斯的，因此在很大程度上可以认为，恩格斯是在1875年11月——在他夏天休养以及结束他的德国旅行之后——才看这部著作的，恩格斯在同年9月24日写给拉甫罗夫的信中对他的一封来信表示感谢，并且提到，他不在的时候收到一大堆书报[21]，他在信中表示，他将尽快阅读拉甫罗夫在《前进！》上发表的一篇文章，并围绕社会主义对“达尔文的生存斗争学说”的态度问题将把自己所持的观点告诉拉甫罗夫。恩格斯在1875年11月12—17日写给拉甫罗夫的信中实现了这一诺言。可以肯定，恩格斯这段时间正在写作《自然辩证法》。《自然辩证法。九》包括札记〔83〕《Struggle for life〔为生活的斗争〕》，这篇札记在内容上与恩格斯11月份写给拉甫罗夫的那封信基本一致。
恩格斯写《自然辩证法。十》、《自然辩证法。十一〔a〕》、《自然辩证法。十一〔b〕》（材料〔85〕—〔93〕）和〔98〕《导言》——至少是《导言》第一部分——可能是在1875年11月或12月，但也可能是1876年初。札记〔94〕最早可能是在1876年l月底写成，因为其中提到的刊载有丁铎尔在皇家学会上所作的报告摘要的那期《自然界》是同年1月27日才出版的。
第三个写作阶段的特点是采用历史的考察方法，这是恩格斯早在40年代和马克思共同制定的方法，它促使恩格斯从一开始就把对自然知识史的思考写进《自然辩证法》。对这一课题的专门研究在第二个写作阶段已经开始，它是第三个写作阶段的主要组成部分。
恩格斯第一次用较大篇幅论述近代自然科学的历史是在〔57〕《历史的东西》中，它是《导言》的一个初稿。恩格斯在这篇论文中不仅依据了黑格尔的著作，而且还评述了约翰·威廉·德莱柏的著作《欧洲智力发展史》（两卷集，1864年伦敦版）和威廉·惠威尔的著作《从早期到现在的归纳科学的历史》（三卷集，1837年伦敦版）。丁铎尔在他的演说中也利用了这些文献。1875年11月，恩格斯写了3个自然知识史方面的札记（〔87〕、〔89〕和〔90〕）。这3个札记研究的是有关自然科学和数学的从古典古代至今的历史，关于科学和生产的相互关系以及大约到1500年为止的科技发明史。除了已提到的几种文献外，恩格斯可能还利用了拉甫罗夫的著作《论思想史》以及马克思1851年做科技史摘录时使用过的著作。
恩格斯在第三个写作阶段继续从事原先开始的自然科学多领域研究。他在研究机械的热理论时同宇宙热寂假说展开了论战。针对克劳胥斯，恩格斯强调指出，如果把热力学的第一定律理解为能量守恒和转化定律，那么从上述假说的含义上对第二个定律所做的解释则和第一个定律相矛盾。（见〔79〕和〔88〕。）
从1875年11月开始，恩格斯特别注意天文学方面的问题，关于这些问题他以前曾附带发表过看法。（见〔1〕、〔2〕、〔6〕、〔8〕、〔26〕、〔57〕）在这个领域中恩格斯感兴趣的首先是康德创立的，或者更确切地说是拉普拉斯创立的天体演化论。恩格斯阅读了约翰·亨利希·梅特勒的著作《宇宙的奇妙结构，或通俗天文学》（1861年柏林第5版）和安奇洛·赛奇的著作《太阳》（1872年不伦瑞克版）。唤起恩格斯对年青的康德及其名著《自然通史和天体论》（1755年科尼斯堡版）产生兴趣的首先是赛奇，他认为伊曼努尔·康德和比埃尔·西蒙·拉普拉斯的天体演化论是一种已部分地得到证明的学说，并指出了罗伯特·本生和古斯道夫·基尔霍夫所确立的光谱分析在这个问题上的价值。[22]促使恩格斯对这个问题发生兴趣的还有上面已提到过的拉甫罗夫的著作，恩格斯的著述和这部著作在使用的文献和作出的评述方面有共同之处。在这个写作阶段，恩格斯在研究数学中的哲学问题方面比以往辟出了更多的篇幅（参看〔67〕—〔70〕），他在这个方面不仅依据了黑格尔对这些问题的思考，而且还利用了沙尔·波绪写的教科书《微积分》第1卷（1797—1798年巴黎版）。
这个写作阶段以《导言》告终。恩格斯在写《导言》时利用了以前写的材料——主要是自然知识史和自然史材料。这种内容上的联系是作出下述推测的主要根据：《导言》也出自这一写作阶段，并且恩格斯当时已着手系统地阐述他的观点。《导言》中包含的时间数据（见《马克思恩格斯全集》第20卷第371和372—373页）固然可以确定写作日期，但是这个论据没有说服力。恩格斯在《导言》中提到了1838—1839年细胞学说的创立和海克尔1866年阐述的关于生命形式的发展始自完全无定形蛋白质的认识。恩格斯在这两个场合，只指出了取得这些科学成就以来已大致经历了多长时间。《导言》和《反杜林论》的第一批准备材料（写于1875年10月中至1876年5月底）用的是同一种纸张，后来写《自然辩证法》也用的是这种纸张。
同材料〔57〕中勾画的思路相一致，《导言》第1部分论述了文艺复兴以来的自然科学的发展。在这里清楚地说明，自然科学的不断进步越来越动摇了形而上学的思维方式的基础，但是回复到辩证法的过程是充满矛盾的和漫长的。《导言》的第2部分探讨了自然界的历史：“从旋转的、炽热的气团中”形成了“以银河最外端的星环为界限的我们的宇宙岛的无数个太阳和太阳系”[23]，后来地球上出现了生命，直到进一步发生分化，从中产生了人和人的社会历史。
材料〔89〕—〔94〕和〔98〕的形成顺序无法精确地确定。但可以肯定它们之间的如下联系：〔90〕在〔89〕之后，〔98〕以〔91〕、〔92〕、〔93〕为前提。〔90〕可能在〔91〕、〔92〕、〔93〕和〔98〕之后才写成，也就是写于1876年5月底，当时恩格斯形成了批判杜林的较明确的想法。〔89〕和〔90〕可以说是《导言》的准备材料或补充材料。
恩格斯一度不可能全力以赴地写作《自然辩证法》。这是因为，1874年底，欧根·杜林的《国民经济学和社会主义批判史》一书的第2版（部分修订版）在柏林出版，他的《哲学教程——严格科学的世界观和生命形成》也于1874年底1875年初在莱比锡出版。1875年秋，他又发表了《国民经济学和社会经济学教程》。恩格斯最迟于1876年5月全力以赴展开与杜林的争论。