Вскоре после прибытия к семейству Келлогов присоединилась самка детеныша шимпанзе по имени Гуа, ей было 7,5 месяца. Дональду на тот момент исполнилось 10 месяцев. По условиям эксперимента к мальчику и обезьяне относились максимально одинаково: их одевали, купали, кормили и обучали идентичным образом. Келлог проводил ряд тестов, чтобы как можно чаще измерять развитие малышей. Девять месяцев подряд он поддерживал идентичные условия выращивания для Дональда и Гуа и использовал задания для сравнительного тестирования младенцев.
Как и следовало ожидать, Гуа росла быстрее Дональда и даже научилась некоторым формам поведения раньше мальчика. Гуа казалась более зависимой от человеческого взаимодействия и поддержки, чем Дональд. Хотя шимпанзе довольно быстро прогрессировала в усвоении обычного человеческого поведения, она не соответствовала всем ожиданиям Келлога по той причине, что не делала никаких попыток общаться с помощью человеческого языка: «Гуа, с которой обращались как с человеческим ребенком, вела себя как человеческое дитя, за исключением тех случаев, когда строение ее тела и мозга препятствовали ей».
Келлог сформулировал суть исследования как событие, объясняющее взаимодействие наследственности и окружающей среды. В ходе исследования были продемонстрированы пределы наследственности, которые абсолютно не зависели от окружающей среды. Как было сказано ранее, обезьянка никогда не отвечала ожиданиям Келлога относительно попыток заговорить, поскольку она никогда не была способна имитировать человеческие звуки.
Ну а что же мальчик? Того же самого нельзя было сказать о Дональде, поскольку он с удовольствием имитировал несколько вокализаций Гуа, включая просьбы о еде, а также звуки, которые издавала обезьянка, когда еда была в поле зрения или находилась совсем рядом. Гуа стала Дональду родной сестрой, младшей пушистой сестрой. Гуа в итоге научилась держать ложку в руках и немного понимать человеческую речь. Дональд же стал многое повторять за своей новой «родственницей». Он прыгал, пищал и кусался. Помимо этого, его словарный запас, как и запас Гуа, совершенно не пополнялся. К моменту окончания эксперимента он знал только три слова.
После девяти месяцев работы исследование закончилось весной 1932 года. Это было на четыре года и три месяца меньше его первоначального плана, задуманного на пять лет. Гуа осталась во Флориде, а Келлоги вернулись в Индиану. Сутью эксперимента был вопрос: каким человеком может стать шимпанзе, выращенная в человеческой среде? Выяснилось, что ответ на него дать невозможно.
Часть результатов эксперимента была представлена на ежегодном собрании Средне-Западной психологической ассоциации. Кроме этого, Найлс вместе с женой Луэллой начали писать книгу о происходивших в их доме событиях. Эта книга, «Обезьяна и ребенок», была опубликована в 1933 году, и в мелких подробностях описывает изменения обезьяны и их сына. СМИ с радостью опубликовали статьи и фрагменты книги. New York Times и Science News Letter посчитали, что материал может понравиться широкой публике.
Несмотря на энтузиазм Келлога и его помощника Роберта по поводу психологического, антропологического и биологического значения этого исследования, оно не избежало критики. Укоры исходили от коллег, общественности и даже от Луэллы. Некоторые заявили, что этот проект является бесчеловечным, в то время как другие указали на нежелательность использования ребенка в качестве объекта эксперимента в течение длительного периода времени. Другие рассуждали о психике животного, не одобряли отделение Гуа от ее матери и других шимпанзе. Кроме того, поскольку исследование было написано в дружественной для общественности форме и подхвачено средствами массовой информации, некоторые критики охарактеризовали его как исследование, направленное на приобретение популярности и известности, назвали его дешевой рекламой.
Тем не менее это не стало концом карьеры для Келлога. В 1963 году он официально ушел на пенсию из Университета Флориды, хотя несколько раз возвращался как приглашенный и уважаемый преподаватель. В 1962 году он открыл свою ассоциацию со Стэнфордским исследовательским институтом в Калифорнии, где создал два крупных исследовательских центра. Один из них финансировался Национальным научным фондом и включал исследования гидролокатора у морских львов. Второй финансировался национальными институтами здравоохранения и изучал «системы гидролокации и эхолокации» для слепых людей. Гранты предназначались для долгосрочных проектов.