Desde el 5 de mayo de ese año hasta el 21 de febrero de 1603 comandó tres navíos —"San Diego", la nave insignia, "Santo Tomás" y "Tres Reyes"— con los que exploró el litoral americano desde el puerto de Acapulco hasta más al norte del cabo Mendocino, acompañado por los cosmógrafos Géronimo Martí Palacios y los frailes carmelitas Andrés de la Asunción, Antonio de la Ascensión y Tomás de Aquino.