Ekspedisjonen brukte seks måneder på å kartlegge New Zealands kyst. Deretter krysset den Tasmanhavet og kom til Australias sørøstkyst. Derfra seilte de nordover og utforsket Australias østkyst. I juni 1770 strandet fartøyet på Great Barrier Reef og var nære på å synke, men ble reddet etter en provisorisk reparasjon. Etterpå fant Cook en luke i revet som idag bærer navnet . Etter å ha seilt til Batavia (Jakarta) for å proviantere, vendte de tilbake til Storbritannia. Den 13. juli 1771 satte Cook igjen sin fot på britisk jord, og tre dager senere ankret HMS «Endeavour» opp i Woolwich. Cook ble gitt audiens hos kong Georg III, som forfremmet ham til kommandørkaptein.