Han ledet fra 1898 til 1900 den britiske Southern Cross-ekspedisjonen – den første ekspedisjonen som overvintret i Antarktis og som la grunnlaget for kappløpet om Sydpolen. Ekspedisjonen var også den første som utforsket Rossbarrieren siden James Clark Ross' ekspedisjon 60 år tidligere. Borchgrevink og to kolleger besteg barrieren og gjennomførte den første sledeferden på isoverflaten. De nådde en sørlig bredde på 78°50', det sørligste punkt til da nådd av mennesker. Ved tilbakekomsten til England ble ekspedisjonen til tross for sin pionervirksomhet mottatt med liten interesse av allmennheten og geografimiljøet; oppmerksomheten var festet på Scotts forestående Discovery-ekspedisjon. Borchgrevinks følgesvenner var kritiske til hans lederskap, og hans egen fremstilling av ekspedisjonen ble sett på som journalistisk og upålitelig.