Han var allerede berømt for sine arbeider med de persiske kileskriftene da han i 1851 ble sendt av Institut de France som leder for en stor vitenskapelig ekspedisjon til Mesopotamia og Media, som pågikk i tre år. Ekspedisjonen ble ledet av Fulgence Fresnel; også arkitekten Félix Thomas deltok. Oppert identifiserte nå Babylons ruiner definitivt som Babylon. I 1854 vendte de tilbake til Europa uten Fresnel; han hadde blitt igjen og døde i 1855 i Bagdad.