Koettlitz ble også med Robert Falcon Scotts Discovery-ekspedisjon til Antarktika i 1901, denne gang som lege og botaniker. Hans assistent på denne turen var Edward Adrian Wilson, senere kirurg på Scotts skjebnesvangre Terra Nova-ekspedisjon. På en reise Koettlitz ledet over McMurdo-sundet oppdaget han to isbreer, Koettlitzbreen og , som senere ble oppkalt etter ham. For sin innsats under Discovery-ekspedisjonen ble Koettlitz tildelt Polarmedaljen.