От Новой Зеландии «Индевор» отплыл на запад, однако жестокий шторм отбросил судно к северу и 19 апреля 1770 года доставил к юго-восточному берегу Новой Голландии в район мысов Хау и Эверард. И Кук, опять вторым после Тасмана, прошел все восточное побережье Австралийского материка, обследовал Большой Барьерный риф, куда совсем недавно подходил Бугенвиль, и нашел в нем проход, носящий и сегодня имя Кука. Один из крупнейших заливов на побережье Австралии восхищенный разнообразием невиданной флоры ботаник Джозеф Банкс окрестил Ботаническим - Ботани-Бей.
Затем «Индевор», тоже увековечивший свое имя в названии австралийской реки, через Торресов пролив мимо Новой Гвинеи проследовал к Яве и вошел в порт Батавии. Выйдя из Батавии, Кук пересек безостановочно Индийский океан и, обогнув Африку, 12 июня 1771 года возвратился на родину. И доставил в Адмиралтейство кучу карт, самых точных для того времени: он первым опробовал в своем кругосветном плавании метод точного определения долготы с помощью морского хронометра, изобретенного на досуге его земляком - тоже йоркширцем - бывшим плотником Джоном Харрисоном в 1735 году, и октана Джона Хэдли, сконструированного четырьмя годами раньше (и деликатно забраковал оба прибора). Кроме того, в актив экспедиции лорды-адмиралы зачислили астрономические и географические изыскания Кука, а Британское Королевское общество - обширные коллекции редчайших представителей фауны и флоры Океании и более тысячи превосходных рисунков, выполненных художником Сиднеем Паркинсоном. В пассиве оказались сущие пустяки - смерть по разным причинам около сорока человек, в том числе коллеги Паркинсона, умершего от эпилепсии, и таитянина Тупии, скончавшегося от тропической лихорадки в Батавии.
В обмен на все это лейтенант Джеймс Кук получил диплом капитана третьего ранга. Англия умела быть благодарной.
В Адмиралтействе к тому времени кое-что изменилось: в том же 1771 году сэр Эдуард Хаук перестал быть первым лордом-адмиралом, им был назначен на пороге своего шестидесятилетия Джон Сэндвич, граф Монтегю, большой приятель Паллисера (тоже теперь важной персоны в морском ведомстве), прославившийся однако, не столько своими деяниями на служебном поприще, сколько за столом: он умел разом съедать а блюда и обессмертил свое имя изобретенными им бутербродами.
Успех экспедиции Кука, а особенно официальное присоединение к Британии новой колонии на восточном побережье Австралии под названием Новый Южный Уэльс, побудили британское Адмиралтейство снарядить новую экспедицию для более детального изучения открытых земель и поисков материка в районе Южного полюса. Угольщик-кат (или, если угодно, шлюп) превосходно себя зарекомендовал в нелегком странствии по морям-океанам, и Кук остался верен этому типу судна. Для новой экспедиции он выбрал два ката - четырехсотшестидесятитонный «Резолюшн» («Решение») с командой из ста двенадцати человек, и трехсотсорокатонный «Эдвенчер» («Приключение»), где экипаж насчитывал восемьдесят одного человека.
Кука снова сопровождали ученые, среди них выделялись натуралисты немцы Форстеры - отец и сын, два астронома и один художник. Командование «Резолюшн» Кук оставил за собой. Капитаном «Эдвенчера» стал Тобайас Фюрно, старый соратник Уоллиса, занимавший на его «Дельфине» должность второго помощника. Под началом Фюрно был еще более заслуженный ветеран флота - Артур Кемп, плававший с Джоном Байроном на том же самом «Дельфине». На «Резолюшн» Кук по просьбе Хью Паллисера взял первым помощником его родича Роберта Паллисера Купера. Вторым помощником был Чарлз Кларк - личность, достаточно впоследствии заметная в истории географических открытий, хотя более громкая слава поджидала впереди все-таки не его, а двух юнцов - семнадцатилетнего натуралиста Георга Форстера, будущего профессора Виленского университета, и пятнадцатилетнего гардемарина Джорджа Ванкувера, лет тридцать спустя поставившего последнюю точку в исследовании западного побережья Североамериканского континента.
Успешное практическое испытание в прошлом рейсе инструментов Хэдли и Харрисона (хотя и с отрицательными результатами) побудило Джеймса Кука взять с собой в новое плавание четыре - по два на каждое судно - морских хронометра значительно усовершенствованной конструкции. Эти дорогие приборы, чудо тогдашней техники, с величайшими предосторожностями доставили в Плимут подмастерья Арнольда и Кенделла, ведущих лондонских кудесников точной механики. (Забегая вперед, можно заметить, однако, что и новые хронометры при всех их достоинствах не были сочтены достаточно совершенными для того, чтобы их изобретатель или изготовитель мог претендовать на премию в двадцать тысяч фунтов стерлингов. Вопрос остался открытым.)