השמועה על ממלכת הזהב, יחד עם הסיפורים על הצלחותיו של הרנאן קורטס שנים ספורות לפני כן במקסיקו, גרמו לפיסארו לקום ולארגן סדרת משלחות שמטרתן אחת - חיפוש העושר האגדי של ממלכת האינקה.
בשנת 1524 הנהיג פיסארו שותפות שכללה מלבדו כומר מקומי בשם ארננדו דה לוקה ואיש צבא המלך ששמו דייגו דה אלמגרו מסיודד ריאל שבדרום קסטיליה. מטרתה של הברית הייתה ארגון בפועל של משלחת לכיבוש וחקר הארצות שמדרום לקולומביה - המקום הדרומי ביותר אליו הגיעו הקונקיסטדורים עד לאותה תקופה. השלושה הסכימו לחלק ביניהם בצורה שווה את הרווחים אותם הם צפו להשיג בכיבוש הארץ החדשה. כמו כן הוסכם כי פיסארו יהיה מפקדה של המשלחת, אלמגרו יספק את הציוד, המזון ואת צורכי ההגנה של המשלחת, בעוד באחריותו של דה לוקה ארגון המימון הכספי של המסע.
המשלחת הראשונה (1524).
ב-13 בספטמבר 1524, עזבה את חופי פנמה המשלחת הראשונה מתוך שלוש לכיבוש פרו. במשלחת הפליגו פיסארו ותחתיו 80 אנשים וארבעה סוסים בשלוש ספינות. דייגו דה אלמגרו נשאר בפנמה במטרה לגייס אנשים וציוד נוספים למסע אליו יצטרף ברגע שישלים את משימתו. אולם המשלחת, שזכתה לברכתו הרשמית של מושל פנמה, פדרו אריאס ד'אוילה, לא הצליחה כמצופה. ספינתו של פיסארו הספיקה להדרים רק עד חופיה המערביים של קולומביה עד שנתקלה במזג אוויר גרוע, מחסור במזון, ועימותים מזוינים חוזרים ונשנים עם הילידים המקומיים, שבמהלך אחד מהם איבד אלמגרו את עינו כתוצאה מפגיעת חץ.
השמות אותם העניקו הכובשים למקומות בהם חנו, משקפים את מצב רוחם בעת המסע: "פוארטו דֶסֶאַדוֹ" (הנמל הרצוי), "פוארטו דל הָאמְבּרֶה" (נמל הרעב) ו"פוארטו קֶמַאדוֹ" (הנמל השרוף). ברצונו להימנע מקרבות נוספים עם הילידים, דבר שהיה עלול להמריד עליו את אנשיו הממורמרים, החליט פיסארו לבסוף לחדול את המסע הראשון ולשוב לפנמה בידיים ריקות.
המשלחת השנייה (1526).
שנתיים לאחר חזרתה של המשלחת הכושלת, החלו פיסארו, אלמגרו ודה לוקה בהכנות ליציאתה של משלחת נוספת. מושל פנמה לא שש לאשר את משלחתו השנייה של פיסארו, וזאת בעיקר משום שהוא עצמו היה עסוק בארגונה של משלחת דומה לאזור ניקרגואה, אך לאחר שהטוען למשרת המושל הכריז על כוונתו לעודד משלחות לתור את הדרום המסתורי הוא נאות לבסוף לאשר את הבקשה.
באוגוסט 1526, לאחר שתמו ההכנות, עזבו שתי ספינות ועליהן 160 אנשים תחת פיקודו של פיסארו את פנמה והפליגו דרומה. המשלחת יצאה בתחילה אל הנקודה הדרומית ביותר אליה הגיע פיסארו במסעו הקודם - נהר סן חואן ומשם המשיכה דרומה. בהגיעה לחופיה הדרומיים של קולומביה התפצלה המשלחת: פיסארו נשאר לתור את אזור החוף, בעוד אלמגרו נשלח בראש הספינה השנייה חזרה לפנמה במטרה לחזור עם תגבורת. לאחר פיצול המשלחת קיבל פיסארו החלטה לפצל גם את הכח שנשאר לו. הוא שלח את הנווט הראשי שלו, בארטולומה רואיס, שיפליג דרומה לאורך החופים, בעוד הוא עצמו נשאר על החוף המבודד יחד עם קומץ מאנשיו.
הנווט רואיס אכן המשיך להפליג דרומה, וזמן קצר לאחר שחצה דרומה את קו המשווה, נתקלה ספינתו בדוברה ועליה ילידים מהעיר טומבס, עיר מחוז בגבולה הצפוני של ממלכת האינקה. אנשיו של רואיס שבו את הדוברה והופתעו למצוא על סיפונה כמויות נכבדות של טקסטיל, חפצי קרמיקה וכן מספר פריטים עשויים זהב, כסף וברקת. חלק מהילידים אשר היו על הדוברה נשבו בידי רואיס כדי שיוכלו לשמש כמתרגמים בעת הצורך. רכוש זה היה למעשה הרכוש היחידי אותו הצליחה המשלחת השנייה להשיג, אולם היה די בכמות הזהב הקטנה אשר נתפסה כדי להלהיב מספר רב של קונקיסטדורים לצאת ולחפש את המקור ממנו הגיעה המתכת היקרה.
לאחר שנתקל בדוברה, החליט רואיס לחזור צפונה ולעדכן את מפקדו. בהגיעו לחופי קולומביה הוא מצא את פיסארו ואנשיו באפיסת כוחות כתוצאה מהתנאים הקשים ששרו באזור אותו הם תרו. זמן קצר לאחר חבירתו של רואיס לפיסארו הגיעה גם ספינתו של אלמגרו למקום. התגבורת שהביא איתו אלמגרו כללה מלבד מזון ומצרכים גם כ-80 אנשים נוספים אשר הגיעו אל העולם החדש מספרד כשבליבם מנשבת רוח ההרפתקנות לה היו זקוקים פיסארו ואנשיו הרצוצים. התגבורת, יחד עם ממצאיו המעודדים של רואיז גרמו לפיסארו להחליט כי המשלחת תמשיך דרומה לאזור אותו חקר רואיס. לאחר מסע קשה בים הגיעה המשלחת לחופי אקוודור, שם נתקלו האנשים באוכלוסייה גדולה מאוד של ילידים אשר רק לאחרונה קיבלו על עצמם את שלטון ממלכת האינקה. אופיים המרדני והלוחמני של הילידים, יחד עם עדיפותם המספרית הברורה, גרמו לבסוף לספרדים להחליט שלא לקבוע את מושבם באזור זה, אלא להמשיך ולשהות על ספינותיהם בים.
שלושה עשר בעלי התהילה.
לאחר מחלוקות רבות בין פיסארו לאלמגרו הוחלט לבסוף כי המשלחת תתפצל בשנית. פיסארו, יחד עם מספר אנשים, ישאר במקום מבטחים - "איסלה דה גאיו" ("Isla del gallo" אי השכווי) אשר נמצא בקרבת חוף אקוודור, בעוד אלמגרו יחזור פעם נוספת לפנמה יחד עם הכומר דה לוקה כדי לגייס מספר רב של אנשים שיאפשר התמודדות עם הילידים. הנחתו של פיסארו הייתה כי כעת, משבידיו הוכחות לעושרה של הארץ החדשה, יהיה קל יותר לגייס את מספר האנשים הדרוש לו כדי לכובשה. אולם, מושלה החדש של פנמה, פדרו דה לוס ריוס, בשומעו על כך שנתיניו ההרפתקנים חולים ואף נהרגים בארצות נידחות, סירב לאשר את בקשתו של אלמגרו למשלחת שלישית בשנת 1527. במקום לאשר את גיוס התגבורת לה היה זקוק פיסארו, שלח המושל החדש שתי ספינות בפיקודו של חואן טאפור, שמטרתן האחת הייתה להחזיר לפנמה את פיסארו ואנשיו ממקום מושבם באיסלה דה גאיו חזרה לפנמה. כשהגיע טאפור לאיסלה דה גאיו נדהם פיסארו לשמוע את הדרישה שבפיו להתלוות אליו חזרה לפנמה. במעשהו המפורסם עמד פיסארו על החוף החולי, צייר קו ישר בחול בעזרת חרבו ואמר: "בצד זה מונחת פרו על אוצרותיה, ואילו בצידו האחר של הקו - פנמה ודלותה. יבחר נא כל אדם, לאן ילך הקסטיליאני האמיץ?"
רק שלושה עשר אנשים נשארו לצידו של פיסארו. החבורה, שמאוחר יותר זכתה לכינוי "שלושה עשר בעלי התהילה" (בספרדית: Los trece de la fama), צפתה בספינותיו של טאפור המתרחקות חזרה לפנמה כשעל סיפונן רוב רובה של משלחתו המקורית של פיסארו. הנווט הראשי רואיס, נסע גם הוא עם טאפור כדי להצטרף למאמציהם של דה לוקה ואלמגרו בגיוס אנשים למשלחת נוספת. לאחר שעזבו ספינותיו של טאפור, בנו פיסארו ו-13 אנשיו ספינה רעועה, והפליגו בה כ-15 קילומטרים צפונה אל האי "לה איסלה גורגונה", שם בילו שבעה חודשים עד להגעת התגבורת.
בינתיים בפנמה, נאות המושל דה לוס ריוס, לאחר הפצרות רבות מצידו של דה לוקה, לממן מסע של ספינה בודדת אך למטרה אחת: החזרתו הסופית של פיסארו אל פנמה לא יאוחר משישה חודשים מיום עזיבת הספינה את הנמל. אלמגרו ודה לוקה קפצו על המציאה ויצאו עם הספינה דרומה, הפעם ללא כל מגויסים חדשים, לפגוש את פיסארו. משנפגשו השלושה בלה איסלה גורגונה, הם החליטו שלא לשוב לפנמה כמצוות המושל, אלא להמשיך ולהפליג דרומה, כפי שהמליצו המתרגמים האינדיאנים של רואיס. בחודש אפריל של שנת 1528 הם הגיעו לבסוף לחופי העיר טומבס, בכך היו האנשים הלבנים הראשונים שדרכו אי פעם על אדמת פרו.
בטומבס התקבלו האנשים בחמימות רבה על ידי ה"טומפיס" הילידים המקומיים. לאחר ההגעה לטומבס חקרו אנשיו של פיסארו את האזור והגיעו למסקנה כי מדובר בארץ פורייה ביותר אשר תושביה עשירים מאוד. לראיה ציינו האנשים כי בתי המכובדים המקומיים מעוטרים בכסף וזהב לרוב. באותו הזמן נתקלו אנשיו של פיסארו לראשונה גם בלמה, אותה כינה פיסארו "גמל קטן". עורם הלבן של הספרדים, יחד עם שריונותיהם הבוהקים נתנו להם את הכינוי המקומי "ילדי השמש", עדות לכבוד הרב שרחשו להם הילידים שהשמש היה אחד מאלוהיהם.
לאחר שהשתכנעו כי זו אכן הארץ העשירה אותה חיפשו, החליט פיסארו לשוב לפנמה, הפעם כדי להכין את משלחת הכיבוש האחרונה והגדולה מכולן. שניים מאנשיו של פיסארו נשארו בטומבס כדי ללמוד את שפת המקומיים ומנהגיהם, בעוד מספר ילידים הוטבלו לנצרות והמשיכו עם פיסארו צפונה במטרה ללמוד ספרדית ולשמש כמתורגמנים בהמשך.
לאחר יותר משמונה עשר חודשים בדרכים, החל פיסארו במסעו חזרה לעבר פנמה כשבליבו הידיעה שלא ישתהה שם זמן רב לפני שיצא שוב אל פרו.
המשלחת השלישית (1529).
כאשר אסר מושל פנמה דה לוס ריוס על קיומה של משלחת נוספת לפרו החליטו פיסארו ועמיתיו לעקוף את סמכותו של המושל ולבקש את ההיתר והמימון למשלחת זו הישר אצל מלך ספרד. באביב של 1528 הפליג פיסארו מפנמה לספרד והגיע לנמל סביליה בקיץ של אותה השנה. הוא נתקבל לראיון אצל המלך קרל החמישי בארמונו בטולדו. הוא תיאר למלך את מסעותיו בדרומה הלא מוכר של היבשת החדשה ואת הארצות העשירות אותן חקרו אנשיו במטרה "להרחיב את האימפריה הקסטיליאנית". המלך, אשר בדיוק עמד לצאת במסע לאיטליה, התרשם מתיאוריו של פיסארו והבטיח את תמיכתו במאמץ לכיבוש פרו. בהיעדרו של המלך הייתה זו המלכה איזבלה, נסיכת פורטוגל אשר חתמה על ההצהרה המפורסמת (ה-"Capitulación de Toledo") שאישרה לפיסארו להמשיך בכיבוש הספרדי בפרו. פיסארו הוכרז כמושל, ומושל צבאי בכל הטריטוריות החדשות אותן יכבוש, מקו החוף ועד 200 ליגות אל תוך היבשת. לפיסארו ניתנו כל זכויות המושל בארץ החדשה בעוד עמיתיו לתכנון המשלחת לא הוכרו רשמית כבעלי זכות על הטריטוריה או כבאי כוחו של הכתר הספרדי, עובדה שמאוחר יותר הביאה לריב בין פיסארו לאלמגרו.