בתקופת הסקר שעשה בגיזה, ניצל פיטרי את העובדה שהפירמידה באבו ראוואש נמצאת רק 8 ק"מ צפונית לגיזה והלך לסקור את האתר. מהפירמידה הגדולה נשאר רק התא בלב הפירמידה, ובעקבות סקירתו הוא הגיע למסקנה שהפירמידה הושלמה בעבר, ולאחר מכן נהרסה. בשנת 1882 סייר במצרים העליונה בתבאי שם ביקר ב"מדינת האבו".
בזמן עבודתו החל פיטרי להתעניין בעתיקות מצרים, במיוחד בכלים הפשוטים היומיומיים שנמצאו באתרים ואשר עד זמנו איש לא התעניין בהם. באחד ממכתביו כתב: "אני משער כי סוגי הכלים במצרים השתנו מדי פעם, ואם נאסוף מספיק דוגמאות, נוכל לקבוע מהם השינויים, ונביא לכך שבעזרת מראה של כלי (הנמצא באתר) נוכל לקבוע את תיארוכו בשנות מלכותם של מספר מלכים". רעיון זה פותח לאחר מכן על ידי פיטרי והיה חלק מהשיטות הארכאולוגיות המודרניות בחפירת אתרים.
חפירותיו הראשונות באזור דלתת הנילוס – טאניס.
בשנת 1883, לאחר סיום המדידות בפירמידה הגדולה של גיזה, חזר פיטרי לאנגליה ופרסם דוח המתעד את מדידותיו. הוא פגש את אמליה אדוארדס, שהייתה עיתונאית ופטרונית החברה לחקר מצרים, הראה לה את הדוחות שלו, והיא הפכה לאחת התומכות הנלהבות שלו. באותה תקופה הייתה התעניינות רבה באנגליה באתר של טאניס, והתחושה הייתה שחפירה בו תניב ממצאים רבים. בחברה לחקר מצרים נערכה מגבית מיוחדת למימון החפירה. בחברה התרשמו מאוד מגישתו המדעית של פיטרי והחליטו לשלוח אותו למצרים כדי לבצע בה חפירות ארכאולוגיות בטאניס ובאתרים נוספים.
פיטרי הגיע למצרים בנובמבר 1884, והחפירה הראשונה שניהל הייתה באתר העיר טאניס. הוא זיהה אותה עם העיר צֹעַן המוזכרת במקרא. האתר הוא מתקופת הממלכה החדשה, ונמצא בצפון מזרח הדלתה של הנילוס באזור ביצתי נידח, שהגישה אליו בחלק מחודשי השנה הייתה רק דרך הביצות. באתר טאניס טבעת תלים גדולה אשר מקיפה מישור נרחב. בתחילת החפירות הייתה האדמה בוצית מאוד ומזג האוויר היה סוער. באתר נמצאו שרידי מקדש ענק ששכן במישור ונחפר כבר קודם לכן. פיטרי הניח שהמקדש כבר נחפר במלואו, אך חש מחויבות למממני החפירה, שתלו בה תקוות רבות, והרגיש צורך להוכיח את צדקת הנחתו על ידי ביצוע חפירות-שווא בכיוונים שונים. בסופו של דבר מצא מחוץ למקדש מצבת אבן דקה מצופה זהב, של תלמי השני ושל אשתו ארסינואה. בנקיק סמוך גילה מצבת אבן גדולה שמשני צדדיה ספינקסים. בתוך המקדש מצא שתי מצבות חשובות שנחשפו על ידי קודמו, אוגוסט מארייט, שלא זיהה את חשיבותן. מצבה אחת הייתה חלק מאובליסק מהשושלת ה-13 ועליה כתובת בן המלך בשם "נהזי", ומצבת אבן של המלך תהרקה. בעקבות גילויים אלה הבין פיטרי שעליו לבחון שוב את כל השרידים בשטח שלא זכו קודם לכן לתשומת לב ראויה. הוא בחן את גושי השחם של השער, ומכיוון שלא היה מצויד בציוד מתאים להרמת הגושים, חפר תעלה בצדו של גל גושי השחם וגילגל אותם לתוך התעלה. בדרך זו הפך אותם לצדם השני. הוא בחן כל גוש בקפידה וגילה שרידי פסל ענק של רעמסס השני עשוי שחם אדום. להערכת פיטרי היה גובה הפסל כ-25 מטר והוא התרומם מעל גג המקדש בין האובליסקים הרבים (פיטרי בסגנונו הפיוטי קרא לכך "יער אובליסקים") שהקיפו את העיר. פסל הדמות היה גדול כל כך, שבוהן כף רגלו הייתה כגודל גופו של אדם בוגר. בהמשך, החליט פיטרי לבחון את כל מאות הגושים שהיו פזורים בשטח. כל גוש נבדק מכל צדדיו, הכתובות שעל כל הגוש הועתקו, ושורטטה מפה המתעדת את מקומו של כל גוש אבן.
בנוסף, חפר פיטרי שרידי עיר מהתקופה הרומית. הוא גילה שני בתים שרופים שבעליהם נמלטו כנראה בעת השרפה והשאירו אחריהם את כל חפציהם. בבית הראשון מצא פסל אל עשוי שיש ושברי גלגל מזלות מצויר על זכוכית בגודל 30 סמ"ר, שבו כל חודש יוצג על ידי סמל אחר. בעת חשיפת גלגל המזלות הוא נשבר לרסיסים. כן נחשפו פפירוסים מהמאה השנייה שהתפוררו בעת נגיעה. בבית השני מצא פסלון מאבן גיר שעליו נכתב שם בעל הבית. נמצאו גם כדים רבים, ובהם כד שלם מצופה בזיגוג כחול. במרתף הבית נמצאו חמישה סלים שהכילו פפירוסים שרובם היו שרופים לחלוטין, אך באחד מהם נמצאו פפירוסים שנחרכו בלבד. פיטרי עבד כעשר שעות כדי להפריד בין הפפירוסים מבלי לפגוע בהם. הוא הצליח להפריד 150 פפירוסים, וביניהם נמצא פפירוס גאוגרפי ופפירוס עם סימנים הירוגליפים המסודרים בטורים.
פיטרי קיבל תקציב של 250 ליש"ט לחודש. הוא שכר 170 פועלים, וארגן מחדש את כל שיטות העבודה באתרי החפירות. הוא לא העסיק מנהלי העבודה, פיקח על החפירה בעצמו, וקבע בכך את העיקרון שלפיו מנהל החפירה חייב להיות במקום כדי להשגיח ולדעת היכן ומתי נמצא כל פריט. פיטרי קבע שיש לרשום יומן מדויק של התנהלות העבודה, כולל הפרטים הקטנים ביותר. הוא שילם אישית לפועלים את שכרם, ולא על פי נפח העפר שפינו, אלא על פי מחיר השוק של כל פריט שמצאו. בכך עודד את הפועלים למסור לו ישירות את הממצאים ולא להעבירם לסוחרי העתיקות שארבו ליד כל חפירה ארכאולוגית.
פיטרי ניהל את החפירות בתקציב מצומצם, והוא עצמו אף ישן באחד הקברים באתר החפירה על גבי מיטה מתקפלת. כל שהיה לו כלל מספר ספרים ושני אוהלים, שאחד מהם שימש כמטבח מצויד בפרימוס. לעיתים התקיים מצנימים שנשלחו אליו מלונדון. גם מאנשיו דרש אורח חיים דומה. הוא הנהיג שעות חפירה החל מ-05:30 בבוקר ועד ל-18:30, עם הפסקת צהריים.
כדי לממן את חפירותיו מכר פיטרי חלק מהממצאים למוזיאונים באירופה.
המשך חפירותיו באזור הדלתה.
לאחר סיום החפירה בטאניס, עבר פיטרי לחפירות של אתרים אחרים באזור הדלתה. בין השנים 1884–1886, חפר פיטרי בנאוקרטיס, תל נֱבֱּשֶה, ודָפַנֶה. נאוקראטיס הייתה מושבה יוונית קדומה, שרבים חיפשו את מקומה ללא הצלחה. פיטרי הצליח לאתר את מקומה, וחפר בה בשנת 1885 ביחד עם שני תלמידיו שהפכו לאחר מכן לארכאולוגים ידועים בעצמם: פרנסיס ל' גריפית וארנסט גרדנר. ממצאיו בנאוקרטיס כללו פסלי גברים מהתקופה הארכאית והיוונית הקלאסית, וכתובות על חרס ביוונית מהמאה ה-7 לפנה"ס. הוא מצא את דפנה וחפר בה בשנת 1886. דפנה היא שם האתר של העיר תַּחְפַּנְחֵס הנזכרת בספר ירמיהו מג, אליה ברחו הגולים היהודים לאחר הריגת גדליה בן אחיקם במצפה. פיטרי גילה שם שרידי מבצר עתיק שיועד לסוחרים יוונים. כל החפירות האלה מומנו על ידי החברה לחקר מצרים.
סיורים דרומה.
בשנת 1886 עזב פיטרי את החברה לחקר מצרים, ובכך אזלו מקורות המימון שלו. את זמן ההמתנה למימון חדש החליט לנצל בסיורים במצרים העליונה. פיטרי נסע למצרים ב-1887 במטרה לערוך סיורים לאורך הנילוס ולסקור את האתרים שבדרך. הוא תכנן גם לצלם את האתרים ובכך למלא את ההבטחה שנתן לחברה המלכותית בלונדון. הוא יצא למצרים ביחד עם חברו פרנסיס גריפית, שם הם שכרו סירה קטנה ושטו בה לאורך הנילוס כשהם לנים באוהלים. בהגיעו לדחשור, הנמצאת מדרום לקהיר, סקר את הפירמידה הנטויה, משם עבר לתבאי והגיע עד אזור אסואן. בדרכו לאסואן עבר בשט אר-ריגל, שם תיעד כתובות סלע שנכתבו על ידי עוברי אורח מתקופות הממלכה הקדומה והממלכה החדשה.
דרומה לאסואן, על האי סהל באזור מצוקי האשדות הראשונים מצא פיטרי כתובות סלע מצריות נוספות, ובעזרת סולם חבלים טיפס לראותן אחת הכתובות הייתה אסטלת הרעב. פיטרי וגריפית תיעדו במסעם כ-200 כתובות. אחת הכתובות שתועדה הייתה כתובת באי יב שלא נתגלתה קודם לכן למרות היותה במקום מרכזי ביותר. הכתובת תיעדה שישה מלכים שונים מהשושלות ה-5 וה-6 וכן מלכים מהשושלות ה-11 וה-12. כאשר חזר לאסואן קיבל מברק המבשר לו ששניים מידידיו הסכימו לספק לו סכום כסף כדי לאפשר לו להמשיך לחפור. בעקבות כך הוא עזב את אזור אסואן ונסע למחוז אל-פיום.
החפירות בפיום.
בין השנים 1888–1890, חפר פיטרי במחוז אל-פיום. המחוז נמצא בתחום נווה המדבר של פיום במזרח המדבר המערבי. הוא חפר שם באתרים הבאים: חווארה, אָרְסינוֹאֶה – היא קרוקודילופוליס, בִּיָאהמוּ, קאהוּן, גוּרוֹבּ ואל לַחוּן. פיטרי חזר לאזור למספר עונות חפירה נוספות, חפר שוב בחלק מהאתרים שחפר בהם בעבר וכן באתרים נוספים: הרקליאופוליס מגנה, סָדְמָנְט, הַראגָה וריקה.
חווארה.
באתר בחווארה חפר פיטרי בין השנים 1888–1889, ושוב בין השנים 1910–1911. באתר נחפרו מתחם הפירמידה של אמנמחת השלישי, ובתי קברות מתקופות הממלכה התיכונה, התקופה המאוחרת והתקופה הרומית. נמצאו קברים עם מומיות של תנינים ובתוכם פפירוסים יווניים. אחד הממצאים המיוחדים שנמצאו בקברים מהתקופה הרומית הם 81 לוחות שעליהם מצוירים דיוקנאות בצבעי שעווה המחוממת ומותכת על משטח. ציורים אלה נקראים דיוקנאות המומיות מפיום. על המומיות היו הקדשות שסיפרו שדיוקנאות אלה נשמרו במשפחות הנקברים במשך דורות עד שהוכנסו לקבר (בעונת החפירות של 1910 מצא פיטרי עוד 70 דיוקנאות). פיטרי שלח שישים דיוקנאות למוזיאון המצרי בקהיר. לאחר מכן גילה שאוצר המוזיאון, הצרפתי גסטון מַסְפַּרוֹ, לא העריך את חשיבותם והשאיר אותם בחצר המוזיאון מוזנחים ונתונים לפגעי מזג האוויר. כאשר נודע הדבר לפיטרי הוא כעס מאוד ודרש אותם בחזרה, והכריח את מספרו לבחור 12 דיוקנאות להצגה במוזיאון ואת יתרת 48 הדיוקנאות להחזיר לו. דיוקנאות אלה מוצגים עתה במוזיאון הבריטי בלונדון.
ארסינואה – קרוקודילופוליס.
ארסינואה שכנה בשטח בו שוכנת היום העיר המצרית המודרנית פיום (בירת המחוז אל-פיום). באתר נמצאו שרידים מהתקופות התלמאית והרומית. העיר נקראה על שמה של ארסינואה השנייה אשתו של תלמי השני. פיטרי חפר מקדש מהתקופה התלמאית שהוקדש לאלים הורוס וסובק. הממצאים באתר כללו פסל מהתקופה הרומית, ומתקן להטבעת מטבעות מהמאה ה-4.
בִּיָאהמוּ.