Tej samej nocy (po tym, jak Encke zezwolił na poszukiwania, mimo własnego sceptycyzmu), we współpracy ze swoim asystentem Heinrichem Louisem d’Arrest, Galle odkrył „gwiazdę” ósmej wielkości gwiazdowej zaledwie o 1° od obliczonej pozycji, która nie była zaznaczona w Berliner Akademischen Sternkarte. W ciągu następnych dwóch wieczorów zmierzono ruch własny tego ciała niebieskiego, które przemieszczało się o 3 sekundy kątowe na godzinę, co jednoznacznie potwierdziło, że jest to planeta. Le Verrier zaproponował dla niej nazwę Neptun. Galle zawsze odmawiał bycia uznanym za odkrywcę Neptuna; przypisywał to odkrycie Le Verrierowi.
W 1847 Galle został wyznaczony na następcę Friedricha Wilhelma Bessela na stanowisku dyrektora Obserwatorium w Królewcu. Na początku 1848, zanim nominacja astronoma przez Fryderyka Wilhelma IV stała się faktem, Galle wycofał swój wniosek, z powodu intrygi przeciwko niemu prowadzonej przez Carla Gustava Jacoba Jacobiego.