הניסויים החלו והתברר ששיטת "החריש העמוק" הוכיחה עצמה בקרקעות הנגב והגדילה את יבולי השעורה ל 200 ק"ג לדונם ואת יבולי החיטה ל-200 ק"ג לדונם. שימוש נכון במעגלה וחריש מותאם לקווי גובה, הביאו את יבולי דורות, נירעם ורוחמה להשוואת תפוקת החיטה לשעורה. עם זאת, שיטת חכירת הקרקע לשנה בלבד, מנעה לדעת ראשי "ארגון עובדי הפלחה" שנשען על תוצאות הניסיונות בגילת, מהחקלאי לטייב את הקרקע. הם הציעו לעבור לדגם עיבוד חדש בן שלוש שנים המבוסס על מחזור זרעים כדלהלן: שנה א': דגן, חריש עמוק ב 80 אחוז מהשטח, השאר ייחרש כרגיל שנה ב: על החריש עמוק יזרעו גידולי הקיץ ועל החריש הרגיל יזרע חריע. שנה ג: על גידולי הקיץ יזרעו מיני קטניות. 20 אחוז מהן ייקצרו לגרעינים ו 80 אחוז יוצנעו בקרקע "כזבל ירוק". השטח שנזרע בחריע יונח לשנה "ככרב נח" על-מנת לאגור מים וחומרי דישון. המגדלים בקיבוצים הצעירים, על סמך ניסויים קודמים שהחלו עם קום שלושת המצפים (1943), גילו כי לגידולי הפלחה יש להוסיף את האבטיחים, סורגום ודורה.

הרצון ליישב אזורים שוממים בנגב הציג אתגר בפני המוסדות המיישבים. ואכן, בשנת 1954 הציעה המחלקה להתיישבות של הסוכנות ללוי אשכול להקים 12 "מצפי פלחה" בשטח שבין באר-שבע, פלוג'ה ובית ג'וברין. בכל מצפה יחיו 40 צעירים ובני נוער לפני צבא. 25 מהם יוסקו בעיבודי שטחים ובניסיונות חקלאיים והשאר בהגשת שירותים. כל מצפה יעבד כ-10,000 דונם בסיוע מיכון מודרני. התוכנית לא יצאה לפועל אך שימשה גורם מזרז לתוכנית הקמת חבל לכיש. יוסף ויץ כדרכו, התנגד להתיישבות קבע וסבר כי ליד המצפים יש לקיים רק ניסיונות חקלאיים במגמה למצוא את הגידולים המתאימים והרווחיים ביותר.

תחנת הניסיונות בגילת החלה בשנת 1954 בניסיונות חקלאיים. בתחילה בדקו את השפעת תרכובות דישון בתירס הגדל בתנאי שלחין ואחר כך נבדקה השפעת הזבלים הכימיים (חנקניים, זרחניים והאשלגניים) בגידולים מרכזיים כמו חיטה וגידולי ירקות. התחנה לא הסתפקה בגידולים המקובלים אלא בדקה את מידת התאמתם לאקלים והקרקע בנגב הצפוני והמערבי. כך למשל נוסו אספרגוס, בטטות, פשתן וסלק סוכר. החוקרים בגילת הסתמכו על הניסיון שהצטבר בשדות דורות רוחמה מאמצע שנות הארבעים. ברור היה לחוקרים שיש למצוא את נקודת ההשקיה האידאלית לצמחי השדה והירק משום שהמים היו הגורם החשוב ביותר בחישוב עלויות העיבוד. באביב 1954 חלה תפנית במחקר החקלאי וצוות גילת החל בודק את תנאי גידול ההדרים באזור. מומחי התחנה לחקלאות בבית דגן סברו תחילה שזהו "שגעון", אך ראשי התנועות המיישבות של הקיבוצים והמושבים לחצו לקדם את הניסיונות בגידול זה משום שראו בו בסיס לחקלאי-רווחי בעתיד. מומחי גילת לא הצליחו באותה שנה למצוא את הכנה המתאימה לעץ ההדר המתאימה לקרקע הלס באזור והניסיונות נפסקו לזמן מה.

סמוך לגילת החלה משתלת הקק"ל לבחון גידולים עתירי עבודה. ויץ ביקש לנטוע אלפי דונם של אגבות, מהן יסופקו סיבים לתוצרת חוטי הניילון ולספק עבודה למושבים החדשים שהחלו לקום באזור. בין ויץ וצוותו לבין תחנת גילת התפתח ויכוח חריף משום שבגילת לא האמינו בצמח האגבה וביכולת לאקלמו בנגב המערבי. בקק"ל לא נרתעו ואף החלו בהקמת בית חרושת להפרדת הסיבים. בנוסף, המשיכו לבדוק במשתלת הקק"ל את אקלום עצי התמר. ויץ דיווח כי בגידול עצי סרק נראתה הצלחה ועצי האקליפטוס, האורן, אשל שיטה ואחרים הוכיחו יכולת קליטה וצמיחה יפה בקרקעות הלס וללא תוספות מים גדולות. בקק"ל התרשמו מעצי השקד שגדלו יפה במישורי עזה והעץ נוסה בהצלחה במשתלותיה. התחזית הייתה להגיע בשמת 1959 ליבול של 50 ק"ג לדונם העתידים לתת הכנסה יפה למגדלים. הקשים בנוסו בחלקה של 150 דונם שנחרשה בעומק של חצי מטר.

בשנת 1956 קבעה משתלת הקק"ל בגילת כי שני העצים המתאימים ביותר לקרקע הלס באזור הם: האשל והאקליפטוס. בהתאם לכך ניטעו חורשות ממינים אלה בחולות גרן, חולות רביבים, חולות באר-שבע, אזור גבולות-צאלים שם ניטעו שדרות מגן נגד סחף החול והרוח, אורים, ובסביבתו. כן ניטעו מינים אלה לאורך הכבישים לצורך הסתרה ביטחונית. הנטיעה נמשכה ליד השובלים, מסעף מרחבים-מבטחים, מסעף עין-השלושה, ואדיות באזור מושב פטיש, שעריה, כיסופים ואדי שללה, אתר שובל 11. על כך נוספו חורשות תקומה, מפלסים, מושב עומר, סעד, ניר משה, שרשרת ורעים. עובדי הקק"ל אף נטעו חורשות של אורנים ומינים אחרים בקרבת יישובים לא כפריים כמו ירוחם, דימונה ובאר-שבע. במקרים רבים נשתלו בין עצי האורן והאקליפטוס גם אשלים, שיטות ואורנים שנועדו לבחון את מידת התאמתם לאקלים ולקרקע.

משרד הפיתוח עודד את המחקר ביעילות נטיעת האקליפטוס בנגב. חשיבות הנטיעה נמדדה בכך שהעצים ישמשו כחומר גלם לתעשיית הנייר, יעצרו את נדידת החולות המאיימים על שטחי המזרע ויספקו עבודה, באמצעות הקק"ל לאלפי משפחות עולים. המשרד אף תמך בהקמת שתי נקודות התיישבות בחולות חלוצה שתושביה יהיו קשורים בטיפוח האקליפטוס בחולות. גם במשרד החקלאות, בשיתוף המתיישבים הוותיקים בנגב, עסקו בדרכים למניעת נדידת החולות. מומחיו זרעו שישים מיני אספסת אשר עשרה מהן נמצאו כמתאימים לגידול. התוכנית קבעה שצמחים אלה ישמשו מזון לעדרי הבקר וכחומר גלם לתעשיית הנייר. זנים נוספים של צמחים, חלקם מארה"ב ומאפריקה, נזרעו בקרבת גפנים ומטעי פרי במגמה למנוע מהחולות לחדור לשטחי המטע. פרופסור לאודר מילק הרצה בפני מומחי המשרד על שיטות לייצוב חולות נודדים כפי שנעשו בצרפת כבר לפני כמה עשרות שנים. הוא תמך בגידול עצים כשוברי רוח ובגידול אספסת כמונעי נדידת חול. הפרופסור הלהיב את שומעיו וטען כי יש להעז ולנטוע בנגב עצי סרק משום יעילותם כנגד סחף הרוח ואפשרות ניצולם במשק החקלאי. האמונה בכוחו של האקליפטוס למנוע את נדידת החולות הביאה לתוכנית נטיעת שטח רצוף של יער אקליפטוסים על פני שטח של 400,000 דונם בגרן ובחלוצה. מפקד פיקוד הגדנ"ע עקיבא עצמון ביקש לזרז את הנטיעות (אשר ראה בהם לא רק ערך חקלאי אלא בעלי ערך ביטחוני כמגנים בפני תנועות רכב משוריין כנגד יישובנו) ואילו א' מייטס וויץ הציעו תוכנית זהירה רבת שלבים בהקלטות האקליפטוס לפני נטיעה מסיבית.

הצלחת גידול תפוח האדמה בדורות ורוחמה אפשרה למומחי תחנת גילת בשנת 1953, להתחיל בניסיונות בגידול תפוח אדמה אביבי. באמצעות השקיות מתאימות הצליחו להכפיל את היבול כבר בשנה הראשונה. ההשקיה בתלמים נחשבה כשיטה המועדפת והתלמים באורך 160 מטר נמצאו כמתאימים ביותר לגידולים אלה. חשיבות הניסיונות במרעה הטבעי עלתה היות שהמשקים והמושבים שתוכננו לקום במרכז הנגב אמורים היו להחזיק עדרי צאן גדולים. נערכו אף ניסיונות בהבדלי היבולים בעשב הסודני ומינים אחרים למרעה הטבעי והמושקים בהצפה או בהמטרה - אך לא נמצא הבדל מובהק. הדשן החנקני נוסה בהצלחה בתירס השלחין והוא "הקפיץ" את היבול לדונם.

מומחי התחנה בגילת ערכו מספר ניסויים בגידול הכותנה שנחשבה לצמח בעל פוטנציאל תעשייתי. התברר כי תוספת דשן חנקני מסייעת לגידול והיבולים באזור גילת דמו לגידולים באזור רחובות. מאמצים הושקעו בבדיקת קליטתו של צמח אגוז האדמה (בוטנים) בנגב מתוך הרצון להפיק ממנו שמן ולספקו לאוכלוסייה ולחסוך מטבע זר בייבוא המוצר מחו"ל. במהלך שנת 1955 הוחל בניסיונות על פני שטחים נרחבים בסיוע חקלאים מכפרי האזור. הצמח נקלט והיבולים היו נאים אם כי הבעיות האגרוטכניות הקשורות בהוצאת היבול ובטיפול בו עדיין לא נפתרו. חקלאי המושבים לא המתינו וגידלו בוטנים בהצלחה במשקים הפרטיים וזכו למחירים נאים. לאפרסקים נועד מקום חשוב במטעי הנגב. בגילת החלו לבדוק מתי ואיך יש לרסס את העץ ופירותיו כנגד עקיצות זבוב ים התיכון. הניסיונות נערכו בנירים, אורים, שובל ומשמר הנגב. היבולים שהתקבלו היו נאים ובגילת הוחלט לערוך בזנים נוספים שהצליחו בקליפורניה. פרי הבטטה נחשב כחשוב להפקת עמילן. משום כך החלו בניסיונות על שטחים גדולים בשנת 1955 במושבי השובלים ובקיבוץ דורות. בקיבוץ גבולות הניבו החלקות יותר משלושה דונם לטון והיה זה הישג משמעותי. אך לא ניתן היה להגדיל את השטחים כל עוד מדינת ישראל לא בנתה מתקנים נוספים להפקת העמילן. עקב כך, לא הומלץ לגדל את הבטטות על יותר מ-600 דונם ליישוב. בשטחי החולות סביב מבטחים ערכו מומחי גילת ניסיונות בגידול ירקות ובמיוחד בעגבניות, גזר, שעועית תפוחי אדמה ועוד. התוצאות היו מפתיעות: 5 טון לדונם בחלקות הקישואים ו-9 טון לדונם בחלקות העגבניות. המדריכים החקלאיים הניחו כי בשנה הבאה, עם השלמת מוביל המים הארצי, תתקבלנה כמויות מים גדולות, והיישובים, במיוחד המושבים, יוכלו להגיע ליבול גדול מזה המקובל בארץ. ניתן לסכם את אופי הניסיונות בשנים 1955 - 1956 ולומר כי עיקרם היה הפקת יבולים גבוהים יותר במשק החקלאי באמצעות השבחת קרקע הלס הנגבית על-ידי השבחתה באמצעות זבל כימי, זבל ירוק וזבל אורגני. נבחנה גם כמות המים האופטימלית המתאימה לקרקע הלס שיכולת החלחול שלה היה מוגבל למדי.

אקלום עצי הפרי בנגב נמשך בשני מסלולים. האחד, פיתוח זנים המתאימים לתנאים חצי מדבריים (תוך שימוש בשיטות שנלמדו בארה"ב) והשני, נטיעות של הזנים הידועים מצפון הארץ כמו השזיפים, האגסים, התפוחים הענבים ועוד. מדריכי חבל הנגב, המתיישבים ועורכי הניסיונות בגילת ראו במטע על זניו גורם ייצור חשוב ביותר המגדיל את מלאי המזון הטרי במדינה ואשר ישמש ענף רווחי בעתיד. הייעור שימש בידי המדינה להשתלטות מהירה על קרקעות נטושות והיא עודדה את הקק"ל לפתח את הזנים העמידים לנגב. עבור המדינה היה הייעור ספק ימי עבודה לעולים החדשים והוא נתפס כמגן על הכבישים מפני צילומי אויר ותצפיות אויב, וכמגן וחיץ מפני הסתננות ופגיעות חבלניות לאורך קו הגבול המזרחי. צמחי התעשיה כמו הבטטות, האגבה, סלק הסוכר, צמחי רפואה, כותנה וקיקיון נוסו אף הם בקרקע הלס ובמשטר השקיה תואם לנגב. המדינה עודדה את צמחי התעשיה בטיעון שבכך היא משחררת את החקלאים בנגב מסכנת הבצורת, ומתלות מלאה במשקעים. יתר על כן, עבור האגבה הוקם בית חרושת (שכזכור לא התמיד בייצור בשל מוצר הניילון שחדר לשוק ויתר את סיבי האגבה) והוקמו אף מנפטות עבור הכותנה. סלק הסוכר והכותנה נחשבו לגידולים היכולים לחסוך מטבע זר וזכו לעידוד רב. באופן טבעי מדריכי "חבל הנגב" ביקשו להאט את קצב ההתיישבות על-מנת להפיק לקחים מהניסויים בגילת ובשטח ואילו הסוכנות היהודית ומשרד החקלאות ביקשו לזרז את מסקנות החוקרים וליישב על פיהם נקודות חדשות בנגב בעבור אלפי העולים החדשים.

תחנת הניסיונות הוקמה בגילת משום שהתחנה הוותיקה והסמכותית שברחובות לא מסוגלת הייתה לתת מענה מקצועי-חקלאי למתיישבים בנגב הצפוני והמערבי. בעיקר בכל הנוגע לעיבוד הנכון של קרקע הלס, למשטר ההשקיה המתאים לאקלים, לסוגי המינים והזנים המתאימים ביותר לאזור כמו למשל הרכב מטע הפרי, זני החיטה והשעורה, סוגי העצים בייעור, שיטות חדשות למניעת מזיקים ועוד. ההצדקה להקמת התחנה נתמכה בידי ראשי "חבל הנגב" שהוכיחו כי הצלחה בגידולים החקלאיים באזור תספק מזון טרי לעולים החדשים, תחסוך במטבע זר ותספק תעסוקה למתיישבים. עורכי הניסיונות הסתמכו על ההישגים החקלאיים שהושגו כבר במחצית שנות הארבעים בדורות רוחמה ועד. תחילה נועדו הניסיונות לספק את המטרות המידיות אולם החל משנת 1954, הוחל בלוח ניסיונות רב שנתי, שנועד לגוון את לוח הגידולים בעתיד. כך למשל אירע עם הניסיונות שנערכו בגידול האגבה, הכותנה, השקדים ועוד. למרבה ההפתעה, התברר לעורכי הניסיונות, למדריכים של חבל הנגב ולמתיישבים שבמספר גידולים (בעיקר כמו תפ"א, אפרסקים, סלק סוכר ועוד) עלו יבולי הנגב הצפוני והמערבי לפי שנים ושלושה יותר מהמקובל בחקלאות המושבית והקיבוצית במרכז הארץ ובצפונה.