В начале января 1874 г. «Тускарора» вышла из Сан-Диего и, пройдя через Гавайские о-ва у 22° с. ш., двинулась на запад близ Северного тропика. У о-вов Нампо корвет круто повернул к северу и прибыл в японский порт Иокогаму 22 апреля, получив по данным 135 промеров первый широтный профиль дна Тихого океана. Между Америкой и Гаваями судно пересекло Северо-Восточную котловину в ее центральной части, выявив между 140° и 150° з. д. глубины порядка 4900–5600 м. Далее к западу — до о-вов Нампо — Д. Белкнеп обнаружил не менее пяти поднятий с глубинами над ними 3600–2000 м; это было первое указание на существование подводного сооружения, позднее названного горами Маркус-Неккер. Выявленные на широтном, а от о-вов Нампо — и на меридиональном отрезках глубины порядка 4500–6000 м приурочены, как мы теперь знаем, к Северо-Западной котловине.
Простояв в Иокогаме чуть больше полутора месяцев, в начале июня «Тускарора» вновь вышла в море и менее чем в 300 км от берега засекла огромную глубину — свыше 8500 м (лот не достиг дна), т.е. открыла Японский желоб, одну из самых значительных впадин планеты. Далее к северу, близ 45° с. ш. и 152°30' в. д., корвет положил начало открытию Курило-Камчатского желоба (отметка 8500 м). Пройдя на юго-запад вдоль Курильских о-вов, он бросил якорь в гавани о. Хоккайдо.
В конце июня Д. Белкнеп продолжил промеры по южной стороне Курил: близ 50° с. ш. и 160° в. д. он обнаружил глубину 6900 м и, следовательно, наметил существование какой-то впадины, как теперь ясно, — северного окончания Курило-Камчатского желоба. Затем «Тускарора» перешла к Алеутской гряде и к юго-западу от о. Атту положила начало открытию Алеутского желоба (отметка 7400 м); юго-восточнее этого острова были установлены незначительные глубины — 1730 и даже 560 м, т.е. подтверждено существование подводного Алеутского хребта; перепады относительных высот здесь составили 5,7–6,8 км.
От о. Танага корвет прошел далее к востоку по северной стороне Алеутской гряды и выполнил первые измерения глубин южной части Берингова моря. Эти данные позволили предположить существование сравнительно неглубокой впадины (Алеутская котловина карт нашего времени). «Тускарора» достигла о. Уналашка в конце июля и, вновь выйдя в Тихий океан, почти в 500 км восточнее острова засекла глубину порядка 6700 м — восточное окончание Алеутского желоба. В Сан-Франциско Д. Белкнеп вернулся в начале сентября 1874 г.
Промеры, выполненные «Тускаророи» в ноябре 1874 г. по профилю Сан-Франциско — Гавайские о-ва, подтвердили данные январского маршрута Сан-Диего — Гаваи. В декабре 1875—феврале 1876 г., продолжая изучение рельефа дна, корвет прошел оттуда на юго-запад — до берегов Австралии, получив первые данные по рельефу дна Центральной котловины, и в Брисбене завершил полное субмеридиональное пересечение Тихого океана в полосе 40° с. ш.- 27°30' ю. ш.
Экспедиция Ч.У. Томсона на «Челленджере», простояв в Сиднее два месяца, 12 июня 1874 г. направилась в Веллингтон, столицу Новой Зеландии. Замеры на этом маршруте дали первое представление о рельефе Тасманийской котловины, глубину которой Ч.У. Томсон верно определил порядка 4500 м. Примерно на полпути к Новой Зеландии «Челленджер» выявил резкое воздымание дна — до 2000 м, а с расстояния 1000 км от нее — до 1350–275 м. Это были первые намеки на существование подводного хребта Лорд-Хау и огромного новозеландского поднятия, позднее причисленного к категории микроконтинентов.
Из Веллингтона «Челленджер» направился на север, к о-вам Тонга, причем близ о-вов Кермадек обнаружил глубину 1100 м — первое указание на наличие какого-то поднятия (хребет Колвилл-Лау). Впрочем, более крупное географическое открытие Ч.У. Томсону сделать не удалось: из-за значительного (более 500 км) разрыва между замерами он пропустил узкую меридиональную зону очень больших глубин. (Желоб Кермадек, одна из глубочайших депрессий Мирового океана, был открыт в 1889 г. британским судном «Пингвин». Шестью годами позднее тот же корабль у о-вов Тонга нашел глубину 9430 м, т. е. наметил существование другой впадины — желоба Тонга.)
От о-вов Тонга «Челленджер» прошел на западо-северо-запад — через Торресов пролив в моря Зондского архипелага. Экспедиция установила, что они отделены друг от друга и от океана не только цепочками островов, но также подводными хребтами и поднятиями. В море Банда корвет открыл глубину около 7300 м, а в морях Сулавеси и Сулу — порядка 4700 м. После непродолжительной остановки в Маниле «Челленджер» в середине ноября прибыл в Гонконг. Здесь Д. Нэрса, получившего назначение в полярную экспедицию (см. т. IV, гл. 15), на посту капитана корвета сменил Фрэнсис Т. Томсон. Затем экспедиция вернулась в Манилу.