この行程は、オックスフォード近郊のフォーリー橋から始まり、5マイル離れたゴッドストウ村で終わった。その間キャロルは少女たち、特にお気に入りであったアリスのために、「アリス」という名の少女の冒険物語を即興で語って聞かせた[注 5]。キャロルはそれまでにも彼女たちのために即興で話をつくって聞かせたことが何度かあったが、アリスはその日の話を特に気に入り、自分のために物語を書き留めておいてくれるようキャロルにせがんだ[5]。キャロルはピクニックの翌日からその仕事に取り掛かり、8月にゴッドストウへ姉妹と出かけた際には物語の続きを語って聞かせた[6]。この手書きによる作品『地下の国のアリス』が完成したのは1863年2月10日のことであったが、キャロルはさらに自分の手で挿絵や装丁まで仕上げたうえで、翌1864年11月26日にアリスにこの本をプレゼントした[7][注 6]。

さらにこの間、キャロルは知己であり幻想文学・児童文学の人気作家であったジョージ・マクドナルドとその家族に原稿を見せた。マクドナルド夫妻は手紙で、作品を正式に出版することをキャロルに勧め、また夫妻の6歳の息子グレヴィルが「この本が6万部あればいいね」と言ったことがキャロルを励ました[9]。こうしてキャロルは出版を決意し、『地下の国のアリス』から当事者にしかわからないジョークなどを取り除き、「チェシャ猫」や「狂ったお茶会」などの新たな挿話を書き足して、もとの18,000語から2倍ちかい35,000語の作品に仕上げ、タイトルも『不思議の国のアリス』に改めた[10]。出版社は1863年末にロンドンのマクミラン社と決まった。マクミラン社は当時、自社で出したばかりのチャールズ・キングスレー[注 7]の児童書『水の子どもたち』が好評を得ていたため、キャロルの物語に興味を示したものと思われる[12][13]。挿絵は『パンチ』の編集者トム・テイラーの紹介によって、同誌の看板画家ジョン・テニエルに依頼された。挿絵にこだわりを持っていたキャロルはテニエルと何度も連絡をとり、細かい注文をつけてテニエルを閉口させたが、二人のやりとりのあとを示す書簡は今日では残っていない[14]。
出版『不思議の国のアリス』初年版の標題紙

『不思議の国のアリス』は、前述の『水の子どもたち』と同じ18センチメートル×13センチメートルの判形に、赤い布地に金箔を押した装丁と決まり、1865年7月に2000部が刷られた[10]。出版はマクミラン社だが、挿絵代もふくめ出版費用はすべてキャロル自身が受け持っている（当時こうしたかたちの出版契約はめずらしくなかった）。このため、キャロルは自分が好むままの本作りをすることができたのである[10]。ところが、挿絵を担当したテニエルが初版本の印刷に不満があるとただちに手紙で知らせてきたため、キャロルはマクミラン社と相談のうえで出版の中止を取り決め、初版本をすべて回収し文字組みからやり直さなければならなくなった[注 8]。『子供部屋のアリス』表紙 / 絵はエミリー・ガートルード・トムソン（英語版）の手になるもので、叢（くさむら）で眠るアリスと不思議な世界の者たちを一つの画面に収めてカラフルに描いている。