ב-1910 הפליג מנורווגיה למסעו הגדול באונייה פֿראם ("קדימה"), שבה ניסה לפניו הגלאי פריטיוף ננסן להגיע לקוטב הצפוני, במשלחת הקוטב הדרומי. בינואר 1911 הגיע למפרץ הלוויתנים והקים מחנה. ב-20 באוקטובר 1911 יצא אמונדסן עם ארבעה מלווים בלבד, 4 מזחלות ו-52 כלבים, במסע לכיבוש הקוטב. אמונדסן תכנן בקפידה פרטים רבים בהכנות למסע. הוא לקח בחשבון את הנוחות הגופנית והנפשית של חברי המשלחת. אמונדסן עיצב את המגפיים, המעילים והבגדים של אנשי המשלחת, ובמקביל גם דאג למוראל גבוה עם מלאי של 3,000 ספרים, גרמופון ותקליטים. הכלבים שהוא בחר היו החזקים והמוצלחים ביותר מבין כלבי המזחלת. הוא ידע שבמקרה הצורך ניתן יהיה להאכיל את הכלבים בבשר כלבים ואף להאכיל בו את חברי המשלחת. אמונדסן היה במירוץ עם רוברט פלקון סקוט ומשלחת טרה נובה שיצא לאותה מטרה - לכבוש את הקוטב הדרומי. אמונדסן היה מצויד היטב והגיע אל המטרה ב-14 בדצמבר 1911, 33 ימים לפני סקוט. אמונדסן הקים שם אוהל קטן והניף את הדגל הנורווגי. זה הסימן אשר מצא סקוט כאשר הגיע אחריו לקוטב.