I 1508 dro han med Pinzón sørover langs Sør-Amerikas kystlinje og oppdaget bukten ved Rio de Janeiro. I 1515 seilte han igjen fra Spania på jakt etter vestpassasjen, og da han kom til Río de la Platas brede munning var han overbevist om at han hadde funnet den, helt til han senere innså at vannet i denne regionen var ferskvann. Díaz de Solís ble drept under landgang på denne kysten, men det er omstridt om han ble drept av lokale indianere eller som følge av mytteri fra eget mannskap.