Nejslavnější dílo
V roce 1543 vydal i základní dílo, které jej proslavilo. Lze opravdu jen obdivovat, že v necelých třiceti letech měl již takové zkušenosti, že byl schopen sumarizovat anatomické znalosti natolik dokonale, takže je považován za zakladatele tohoto oboru. Jeho De humani corporis fabrica libri septem (Sedm knih o stavbě lidského těla) se stala základní učebnicí anatomie na několik století.
Nebylo to ale zas tak jednoduché. Vyjmenoval v ní totiž tolik chyb slavného Galéna, že „Galenisté“ přijali toto dílo s vyslovenou nevolí a Vesalius musel svou práci obhajovat. On se ale nehodlal podřídit autoritě, věřil tomu, co sám viděl při pitvách, věřil svým zkušenostem, věřil, že tradice se mýlí. Tam, kde si nebyl zcela jist, tam raději nespekuloval a opakoval Galénova tvrzení, ovšem tam, kde měl jasný hmatatelný důkaz, tam oponoval.
První část se zabývá kostmi. Zde například ukázal, že lidská dolní čelist je tvořena jednou kostí, ne dvěma, jako u zvířat. Bylo to opětovné prokázání, že Galén své znalosti nabyl pitváním zvířat, nikoliv lidí. Jak Vesalius konstatoval, lidskou anatomii je nutné se učit z mrtvých těl, nikoliv mrtvých jazyků.
Druhá část je věnována svalům a obsahuje slavný soubor ilustrací lidského těla v různých stádiích „svlékání kůže“. Třetí část popisovala cévní systém a zde se Vesalius dopustil asi nejvíce chyb. Ve čtvrté části se zabýval nervovým systémem, kde souhlasil s Galénovou klasifikací kraniálních nervů do sedmi párů.
V páté části se věnoval břišním a reprodukčním orgánům a opravil Galénův omyl, že lidská játra tvoří pět laloků. Souhlasil ale s Galénovým omylem, že v játrech se ze střevní mízy tvoří krev. Hrudní dutině a zdejším orgánům je věnována šestá část, přičemž Vesalius zapochyboval o Galénové popisu srdce.
Galén totiž tvrdil, že srdeční přepážka mezi pravou a levou polovinou je propustná, ovšem Vesalius nemohl žádný otvor v ní nalézt. Až v pozdějším vydání si uvědomil, že jde opět o mistrův omyl a toto tvrzení odmítl. Toto byl zlom renesanční anatomie, který podnítil další vědce ve snaze krevní oběh popsat správně. Vesalius dále jít nedokázal. To zvládl až o pár desítek let později William Harvey.
Poslední část je věnována mozku a opět obsahuje korekci galénovských chyb. Na konci této části je pak stěžejní Vesaliovo konstatování, že Galénos byl omylný člověk a stejně tak je mylný i tradiční obdiv k němu. Je třeba k jeho dílu přistupovat kriticky.