Первого апреля 1791 года из Фалмута вышли два корабля — «Дискавери» водоизмещением в 340 тонн и «Чатем» водоизмещением в 135 тонн; последним командовал капитан Броутон.
После остановок на острове Тенерифе, затем в Саймонс-Бей и на мысе Доброй Надежды Ванкувер направился на юг, прошел вблизи острова Сен-Поль, взял курс к Новой Голландии, держась посредине между путями, которыми шли Дампир и Марион, и двигаясь по никем еще не исследованным водам. 27 сентября появился берег Новой Голландии, заканчивавшийся высоким скалистым мысом, получившим название мыс Чатем. Так как часть матросов болела дизентерией, Ванкувер решил зайти в первую попавшуюся бухту, чтобы раздобыть там воду, дрова, а главное — свежую провизию, в которой ощущался острый недостаток. Он остановился в бухте Кинг-Джордж. Там имелись утки, кулики, лебеди, много рыбы, устрицы. Но вступить в сношения с жителями ему не удалось, хотя он и видел деревню в два десятка хижин, покинутую совсем недавно.
Не будем останавливаться на плавании Ванкувера вдоль юго-западного берега Новой Голландии, так как оно не дало ничего нового.
Экспедиция 26 октября обогнула Землю Ван-Димена, а 2 ноября стали видны берега Новой Зеландии; оба английских корабля бросили якорь в Даски-Саунд. Там Ванкувер завершил съемки, не доведенные Куком до конца. Вскоре ураган разлучил «Дискавери» и «Чатем», вновь соединившиеся в бухте Матаваи (о. Таити). Во время перехода до Таити Ванкувер видел несколько скалистых островов, названных им Тэ-Снэрс, и остров побольше, называвшийся Опарра. В свою очередь капитан Бротон открыл острова Чатем к востоку от Новой Зеландии. Стоянка на Таити сопровождалась такими же событиями, что и во время пребывания там Кука, поэтому о них не стоит упоминать.
Двадцать четвертого января 1792 года корабли взяли курс к Гавайским островам и ненадолго остановились на Гавайи, Оаху и Атуаи. Со времени убийства Кука на архипелаге произошли большие перемены. Туда стали заходить английские и американские суда, занимавшиеся китобойным промыслом или торговлей мехами. Их капитаны приучили туземцев к водке и пробудили в них желание приобрести огнестрельное оружие. Распри между мелкими вождями участились, повсюду царила полная анархия, а число жителей значительно уменьшилось.
Семнадцатого марта 1792 года Ванкувер покинул Гавайские острова и взял курс к Америке. Вскоре он увидел часть побережья, названную Дрейком Новый Альбион. Почти сразу он встретил там капитана Грея, якобы побывавшего на судне «Вашингтон» в проливе Хуан-де-Фука и обнаружившего обширное море. Грей поспешил опровергнуть слухи о его открытиях, получившие широкое распространение. Он прошел всего пятьдесят миль по проливу, тянувшемуся с запада на восток, и достиг пункта, где пролив, по словам туземцев, поворачивает к северу.
Ванкувер в свою очередь вошел в пролив Хуан-де-Фука, открыл там пролив Адмиралти, бухты Берч и Пьюджет-Саунд, пролив Джонстон и архипелаг Бротон. Не дойдя до конца этого длинного морского рукава, он встретил два небольших испанских корабля под командованием Куадры. Оба капитана сообщили друг другу о проделанных ими работах; они присвоили свои имена главному острову обширного архипелага, который был назван Новой Георгией.
Затем Ванкувер побывал в заливе Нутка, на реке Колумбия и направился на стоянку в Сан-Франциско. Разумеется, нет смысла описывать во всех подробностях исследования, потребовавшие не меньше трех кампаний подряд. Английские моряки засняли огромную прибрежную полосу между мысом Мендосино и бухтой Конклужн, расположенной на 56°14' северной широты и 134°23' западной долготы.
«Теперь, — пишет путешественник, — когда мы достигли главной цели, к которой стремился король, повелев совершить это путешествие, я льщу себя надеждой, что наше очень тщательное исследование северо-западного берега Америки рассеет все сомнения и устранит все заблуждения относительно Северо-Западного прохода, что никто больше не будет верить в существование водоема, простирающегося от северной части Тихого океана внутрь Американского материка, на всем изученном нами пространстве».
Выйдя из Нутки, чтобы до возвращения в Европу исследовать берега Южной Америки, Ванкувер остановился у маленького острова Кокос, отнюдь не заслуживающего, как уже упоминалось, такого названия, зашел в Вальпараисо, обогнул мыс Горн, пополнил запас воды на острове Святой Елены и 12 сентября 1795 года бросил якорь в устье Темзы.