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当布莱克于1958年加入时，ICI药业公司已经是一个较大的制药企业了。在这里，布莱克开始基于药效结构研究药物，希望寻找一种可以减少心脏交感神经刺激从而减少心肌需氧量的抗心绞痛药物。
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布莱克深入研究了异丙基肾上腺素和二氯异丙基肾上腺素（DCI）的药理学特性，如果能够找到一种药，可以与DCI竞争结合心脏的相应受体，那么心脏就不会受到相应的影响，也不会因剧烈收缩而产生“绞痛”症状。
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1962年，布莱克和他的同事们成功地制得了可以使心脏避免激动效应的β受体阻断剂：丙萘洛尔（pronethalol）。不幸的是，丙萘洛尔可以引起实验小鼠产生胸腺肿瘤。于是，他们又合成了药物普萘洛尔（propranolol），经实验，它具有较好的药效和安全性，不仅比丙萘洛尔有效，而且还可以避免小鼠的致癌现象[5]。本品于1965年上市（布莱克在1964年离开ICI），商标名为心得安（Inderal）。现在，心得安已经被广泛用于控制和治疗心绞痛、高血压、心律失常以及偏头痛。
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ICI集团随后发现并上市了其他两种β受体阻断剂：阿替洛尔（atenolol）和普拉洛芬（practolol）。β受体阻断剂不仅是一类新药，它们的发现也是药物研究历史上的一次方法革命。普萘洛尔被认为是洋地黄之后心脏病药中最优秀的发现，这一新药的发现过程应用了药物受体构效设计的理念，被广泛认为是新药发现的革命性概念之一。
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β受体阻断剂自发现以后在心血管病治疗方面有着极为重要的影响。由于人们对β受体阻断剂的需求，药物化学家们研制出了10万余种此类化合物。基本上每个独立的制药公司都在开发β受体阻断剂。除了ICI公司外，还有哈斯勒公司（Hassle）生产的阿普洛尔（alprenolol）、阿斯特拉公司（Astra）的美托洛定（metoprolo1）、山德士公司（Sandoz Corp.，现在是诺华公司的一部分）的吲哚洛尔（pindolol）、汽巴公司的氧烯洛尔（oxprenolol）等。当时有两千多项专利是关于β受体阻断剂的，且上市的主要药物中有二十多种是β受体阻断剂。
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在普萘洛尔上市时，ICI公司已经开始了后续药物的研究，因为大家都明白，一种药物上市后，对此药物的改构势必进行。ICI公司在1970年，上市了普萘洛尔的类似物普托洛尔（practolol），商品名为Eraldin。但几年后因副作用过大而撤市，但ICI公司随后于1976年又上市了阿替洛尔（atenolol），商品名为Tenormin。这是一个选择性的β1受体阻断剂。雷蒙德·阿尔奎斯特（Raymond Ahlquist）的受体理论为ICI公司提供了理论依据。而这几个洛尔药物也使得广大科学界和药企接受了受体概念。
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各种各样的β受体阻断剂被开发出来，一些α受体阻断剂如拉贝洛尔（labetalol）和卡维地洛（carvedilol）也被开发出来。
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在普萘洛尔之后，布莱克希望找一个治疗胃溃疡的新药，但ICI公司希望他继续研究研究心血管药物，这是导致布莱克在1964年辞职的原因之一。
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再接再厉，布莱克用药物构效理论发现胃溃疡治疗药西咪替丁
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在20世纪60年代，胃溃疡没有有效的药物治疗。发明输血方法的外科医生里夏德·勒威森（Richard Lewisohn）在奥地利进行学术交流时，了解到欧洲已经开展了胃切除手术以治疗严重的胃溃疡。他回到美国后，在西奈山（Mount Sinai）医院与阿尔伯特·阿什顿·伯格（Albert Ashton Berg）合作，于1922年实施了美国第一例胃溃疡患者部分胃切除手术（subtotal gastrectomy）。经过对手术及后续治疗的优化，这一方法逐渐在美国普及。
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詹姆斯·怀特·布莱克从ICI辞职后，到大学里转了个圈，但那里经费很少，难以开展他的胃溃疡药物计划。随即他加入了史克公司（Smith, Kline and French，SK&F），在那里，他发现了西咪替丁，这是一个H2型组胺受体拮抗剂，布莱克全面参与了西咪替丁的合成工作。
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1964年时，人们已经认识到组胺可以刺激分泌胃酸，但传统的抗组胺药（即抗精神病药物如氯丙嗪，抗过敏药物如美吡拉敏）对胃酸分泌没有多少影响。这使人们意识到与肾上腺素能受体相似，组胺受体也存在着不同的分型。在研究胃溃疡的过程中，史克公司研究团队证实了2型组胺受体的存在。
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他们基于组胺的结构，来设计合成2型组胺受体的拮抗剂，几百种化合物被合成了，Nα-胍基组胺（Nα-guanylhistamine）为不完全的H2受体拮抗剂，有拮抗H2受体的作用。以后将侧链端基换成碱性较弱的甲基硫脲，将侧链增长为4个碳原子，得到咪丁硫脲（burimamide），比Nα-胍基组胺强100倍且是一个H2竞争性拮抗剂，但口服无效。
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为了得到口服活性高的受体拮抗剂，研究团队采用动态构效分析方法（dynamic structure activity analysis），将咪丁硫脲侧链中的一个次甲基换成电负性较大的硫原子，得到甲咪硫脲（metiamide），其活性强度和安全性都达到临床试用的要求。但在初步的临床研究中，观察到甲咪硫脲的试验者出现肾损伤和粒细胞减少。于是又在胍的亚氨基氮上引入吸电子的氰基，减小了分子的碱性，得到西咪替丁（cimetidine）。
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本品1976年于英国上市，商品名Tagamet，是第一个年销售额达到10亿美元的药物。而雷尼替丁［ranitidine，商品名Zantac，由葛兰素实验室公司（Glaxo Labs）开发］和法莫替丁［famotidine，商品名Pepcid，由山之内制药公司（Yamanouchi,Ltd.）开发］也很快上市。雷尼替丁的销量还超过了西咪替丁，这是葛兰素公司爆发增长的一个关键点。
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布莱克将药物发现方法从搜索药物变为设计药物，即利用合理的药物设计来发现自然界新的化合物。虽然在普萘洛尔和西咪替丁上市之前，布莱克均已经从相应公司离职，但他的功劳仍得到了承认。1988年他和埃利恩、希钦斯因关于药物治疗重要原理的发现而分享了当年的诺贝尔生理学或医学奖。
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因为β受体阻断剂和H2组胺受体拮抗剂药物的上市，英国制药企业扬眉吐气，其中ICI公司的制药业务单独成立了利康公司（Zeneca Group plc）。它与瑞典的阿斯特拉（Astra AB）公司在1999年合并，成立了总部位于伦敦的阿斯利康公司（AstraZeneca plc）。葛兰素公司也凭雷尼替丁飞速发展，后来它收购宝来威康（Burroughs Wellcome）公司，并于2000年与史克必成（SmithKline Beecham）公司合并成立葛兰素史克公司［GlaxoSmithKline plc （GSK）］。
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从抗微生物制剂到利尿药：汞剂被氯噻嗪类药物替换
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心衰导致水肿、腹水，一开始，医生尝试放血疗法，但不理想。文艺复兴时期瑞典医生巴拉塞尔士（Paracelsus，1490—1541）曾尝试用汞来治疗。约翰·布莱科尔（John Blackall，1771—1860）把心衰与尿联系起来，认为汞剂有效果。同时期的威廉·维瑟林（William Withering）则提出用洋地黄治疗，取得了一定效果。后来还有人发现，小剂量的氯化汞与洋地黄联用，效果会更好。
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1917年，拜耳公司新上市的治疗梅毒的药物——Novasurol（含苯环、甲基的有机汞剂，易溶于水）。1919年，艾弗瑞·福格尔（Afred Vogl）在护士帮助下为一个心衰的梅毒患者用了这一药物，发现了其利尿作用。1920年，又有研究人员发现其有利尿和排钠的作用，而阿托品可以抑制这些作用。从此，汞利尿药大量应用于治疗心衰水肿患者。类似药物有：Novasurol（汞含量33.9%），Mercuhydrin（汞浓度39毫克每毫升），Thiomerin（汞浓度40毫克每毫升）。这些汞剂大量用于临床后，虽然产生了很好的治疗效果，但也造成了不少副作用，甚至出现死亡病例。
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1949年，美国波士顿医生威廉·施瓦茨（William Schwartz，1922—2009）把大剂量磺胺类药物给3位心衰患者口服，发现产生了利尿作用，缓解了心衰患者症状。但因药物毒性大，他放弃了这一疗法。
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卡尔·H.拜耳（Karl H. Beyer）是一位化学家，他在美国默克公司时，与同事合成了一些磺胺类化合物以及苯并二噻嗪的衍生物，其中就有氯噻嗪（chlorothiazide）[6]。
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动物实验显示，这一化合物利尿效果非常好，而且使用安全。随后的临床实验显示，氯噻嗪不但对心衰患者有用，而且对高血压患者效果也非常好。1958年，本品以克尿塞（Diuril）为商品名推向市场。良好的市场反应，使其他噻嗪类化合物相继上市。1959年，美国默克公司和汽巴公司同时上市了氢氯噻嗪（hydrochlorothiazide），后者只不过把双键变单键，增加了一个氢原子，但效果却提高了几倍。1962年，赫希斯特公司又推出了呋塞米（frusemide或furosemide）这一强效利尿药。
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这些药物很快占领了汞剂的地位。在20世纪90年代血管紧张素转化酶抑制剂出现之前，噻嗪类药物一直主宰着利尿药市场。目前，利尿药仍然是治疗高血压的最佳药物之一。在2008年，氢氯噻嗪在美国处方降压药数量排名中列第二位。
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