一方、ミシシッピ川の西岸は1800年にスペインからフランスに再び割譲され、フランス領ルイジアナが復活した。しかし1803年、アメリカはフランスからルイジアナを1500万ドルで購入し、ミシシッピ川の両岸はアメリカ合衆国の領土となった。このルイジアナ買収によってアメリカの領土は2倍となり、また西方への道が開けたことでアメリカの西部開拓に一層拍車がかかることとなった。ルイジアナを購入したとはいえ、ミシシッピ川西方の状況についてはアメリカ東海岸ではほとんど知られておらず、このためルイジアナ買収を行った第三代大統領トーマス・ジェファーソンは1804年にメリウェザー・ルイスとウィリアム・クラークに率いられた探検隊をミシシッピ西方へと派遣した。このルイス・クラーク探検隊はミシシッピ川とミズーリ川の合流点にあり、セントルイスの対岸に位置するウッド・リヴァー基地から出発して支流のミズーリ川沿いに西へと進み、太平洋にまで到達した。この探検によりアメリカはミシシッピ西方の詳細な情報を入手し、以後の西部開拓の大きな助けとなった。それ以降も流域の探検は積極的に進められ、1820年にはミシガン準州知事のルイス・カスがミシガン準州北部（現在のミネソタ州域）に探検隊を派遣してミシシッピ川の源流を探検させ、現在のミネソタ州中北部に位置するカス湖がミシシッピ川の源流であるとした。その後、1832年にはヘンリー・スクールクラフトによって再探検が行われ、カス湖の近傍にあるイタスカ湖がミシシッピ川の源流であると突き止められた。