In 1907 werd hij door poolreiziger Ernest Shackleton uitgenodigd om deel te nemen aan de Nimrod-expeditie op Antarctica. In 1908 leidde hij de eerste beklimming van de Mount Erebus. Op 15 januari 1909 bereikte hij samen met Douglas Mawson en Alistair Mackay als eerste personen ooit de magnetische zuidpool. Op de terugweg naar de Nimrod werd David ernstig ziek. Hij werd verzorgd door Mackay, die arts was.