Zijn vroegere leraar David was aangesteld als geoloog op de Nimrod-expeditie van Ernest Shackleton naar Antarctica in 1907-1909. Mawson had ook belangstelling voor de expeditie, en op voorspraak van David werd hij toegevoegd aan de wetenschappelijke staf. Kort na aankomst in het basiskamp beklom hij met enkele anderen de vulkaan Mount Erebus, en mat de diepte van de krater. Later vormde hij met David en Mackay de 'Noordelijke Groep', die zou pogen de magnetische zuidpool te bereiken, terwijl Shackleton met zijn 'Zuidelijke Groep' een aanval op de geografische zuidpool deed. Op 16 januari 1909 bereikten ze inderdaad hun doel.