1931 őszén egy fiatal amerikai kutató, Joseph L. Svirbely (akinek apja Magyarországról vándorolt ki, de ő már alig beszélt magyarul) jelentkezett Szent-Györgyinél, hogy egyéves magyarországi tartózkodása alatt szeretne nála dolgozni. Svirbely korábban Charles Glen King csapatának tagja volt, amely a C-vitamint próbálta megtalálni. Az már két évszázada ismert volt, hogy a citrusfélék fogyasztása megelőzi a skorbutot, és az 1910-es években felfedezték a vitaminokat is. A C-vitaminnak elnevezett skorbutellenes anyag pontos kémiai mibenléte azonban továbbra is rejtély maradt, mert a citrom- és narancslé igen sok különböző molekulát tartalmazott. King ezeket izolálta sorra, aztán tengerimalacoknak beadva próbálta megelőzni a skorbut kialakulását náluk; 1931-ig azonban nem járt sikerrel. Szent-Györgyi addig nem foglalkozott vitaminkutatással, de odaadta maradék hexuronsavát Svirbelynek, hogy nézze meg, tartalmaz-e C-vitamint. Az első állatkísérlet után kiderült, hogy a hexuronsav koncentrált C-vitaminból áll, vagyis gyakorlatilag azonos vele. Az ellenőrző kísérletek után Svirbely 1932 márciusában megírta Kingnek, hogy sikerült azonosítania a C-vitamint. King ezután április 1-jén a Science magazinban közölte, hogy megtalálta a C-vitamint, de mint később kiderült, kísérleti adat ekkor még nem volt a kezében. Az ezt követő vitában mindkét fél azzal vádolta a másikat, hogy ellopta eredményeit. King 1933-ban megpróbálta szabadalmaztatni a C-vitamint, de a szabadalmi hivatal (akárcsak később a Nobel-díj Bizottság) megállapította Szent-Györgyi elsőbbségét a felfedezésben, ő ugyanis már 1932. március 18-án, a Budapesti Királyi Orvosegyesület ülésén tartott előadásában bejelentette, hogy a hexuronsav és a C-vitamin ugyanaz az anyag: „Nyilvánosság előtt először ezúttal mondjuk ki, hogy a hexuronsav és a C-vitamin azonosak.” 1932. március 26-án az Orvosi Hetilap is beszámolt az előadáson elhangzottakról, azaz arról, hogy a hexuronsav nem más, mint a C-vitamin.
Szent-Györgyi a kísérletekre valamennyi hexuronsavát elhasználta, amit külföldről hozott. Mellékvese nem állt rendelkezésére, káposztából és citromból viszont nem tudott számottevő mennyiségű C-vitamint kivonni. Az általa mesélt történet szerint egyik este a vacsorához felesége paprikasalátát adott, amit nem akart megenni, úgyhogy arra hivatkozott, hogy el kell vinnie a laboratóriumba, megnézni, van-e benne C-vitamin. Meglepetésére kiderült, hogy valóban jelentős mennyiségű C-vitamint tartalmazott, és könnyebb volt izolálni, mint a citrusok levéből, ami sok, kémiailag hasonló cukrot tartalmaz. Azonnal átállította valamennyi munkatársát a paprikatisztításra, és alig egy hét múlva másfél kilónyi C-vitamin volt a kezében (Amerikában egy év alatt tudott 25 grammnyit előállítani mellékveséből). Így nemcsak a vitamin kémiai mibenlétét állapította meg, hanem gyors és olcsó előállítási módszerét is. Az anyag egy részét elküldte Norman Haworthnak, aki így már meg tudta határozni molekulaszerkezetét. A C-vitamin nagytömegű előállítása érdekében 1933. szeptemberben egy hold földet kért és kapott bérbe Szeged városától paprikakísérleti célokra, amelyen a kísérleteihez szükséges mennyiségű paprikát termesztette. Haworth és Szent-Györgyi nevezte el aszkorbinsavnak (skorbutellenes savnak) a vegyületet. A C-vitamin felfedezőjeként Szent-Györgyi azonnal világhírnévre tett szert. Az aszkorbinsavat fertőzések megelőzésére és mindenféle betegségre javasolták, bár hamarosan kiderült, hogy nem csodaszer. 1939-ben a Szegedi Tudományegyetem képviseletében a felsőház tagjává választották.
1937-ben a Nobel-díj Bizottság Szent-Györgyi Albertnek ítélte az orvosi és fiziológiai díjat „a biológiai égés folyamatával kapcsolatos felfedezései, különösen a C-vitaminnal és fumársav katalizátorral végzett kutatómunkája elismeréseképpen”. A 180, az évi orvosi és fiziológiai díjra jelölt között volt Sigmund Freud és Korányi Sándor is. Ugyanekkor Norman Haworth kémiai Nobel-díjat kapott a C-vitamin szerkezetének meghatározásáért.
Szent-Györgyi Albert a Nobel-díjjal kapott érmét az akkoriban kitört téli háború finnországi szenvedőinek ajánlotta fel, az érem holléte több évig ismeretlen volt. Az Országos Magyar Történeti Múzeum Éremtára által 1941-ben kiadott Numizmatikai Közlöny az 1940-es gyarapodásról szóló beszámolójában hitelesen tisztázza az érem sorsát: „Wilhelm Hilbert helsinkii vállalati igazgató Szent-Györgyi Albert dr. 208 g súlyú Nobel-aranyérmét megváltotta a finn segélybizottságtól és gyűjteményünk számára ajándékozta”. Az érem azóta is a Magyar Nemzeti Múzeumban látható.
