В 1579 году Рэли впервые отправляется в море. Старший брат его сэр Хемфри Гилберт получил от королевы патент на право “захвата любых отдаленных и варварских стран, коими не владеет никакой христианский государь или народ”, и отплыл к берегам Северной Америки, собираясь основать там английскую колонию. Рэли принял участие в этой экспедиции, которой, впрочем, не удалось достигнуть намеченной цели.
В 1580 году он участвовал в подавлении ирландского восстания, где отличился жестокостью в расправе с повстанцами.
В 1583—1585 годах Рэли предпринимает несколько попыток колонизации восточных берегов Северной Америки. Так, в, 1583 году он помогает снарядить за океан вторую экспедицию Хемфри Гилберта, которому, однако, не удалось основать колонию на Ньюфаундленде. На обратном пути в Англию Гилберт умер. В 1584 году Рэли отправляет на рекогносцировку новую экспедицию, которая наметила в качестве опорной базы дальнейшей колонизации остров Роанок у берегов нынешней Северной Каролины. Следующая экспедиция, посланная Рэли в 1585 году, высадила колонистов на Роаноке. Рэли назвал землю, куда прибыли колонисты, Виргинией, то есть буквально Землей девы (в честь незамужней королевы Елизаветы). Замыслам Рэли не суждено было осуществиться — виргинская колония просуществовала не больше года. Однако в начале XVII века начался новый этап заселения Виргинии, и вскоре она стала одной из важнейших американских колоний Англии.
Отметим, что по инициативе Рэли в Англии в конце XVI века начато было разведение до того времени почти неведомой американской культуры — картофеля.
Заморские предприятия 1583—1585 годов Рэли удалось осуществить прежде всего потому, что как раз в эти годы он завоевал блестящее положение при дворе королевы Елизаветы. В 1584 году он возведен был в рыцарское звание, в 1585 году получил пост управителя оловянных рудников, вице-адмирала и лорда-наместника Девона и Корнуэлла,
Круг интересов Рэли в 80-х годах не ограничивался виргинскими предприятиями. Он принял участие в паевом товариществе по отысканию Северо-западного прохода, учрежденном его сводным братом Эдриеном Гилбертом. В это товарищество в качестве пайщиков вошли богатые лондонские купцы. Рэли и Гилберт снарядили в 1585, 1586 и в 1587 годах под командой капитана Девиса три экспедиции, в результате которых хотя и не был обнаружен Северозападный проход (его удалось найти лишь почти 250 лет спустя), но зато был открыт пролив между Гренландией и Баффиновой Землей (Девисов пролив).
В эти годы королева жалует Рэли выгодные синекуры, доверяет ему самые ответственные и деликатные дипломатические поручения. Наравне с Дрейком он снаряжает пиратские флотилии, которые грабят в Атлантике испанские корабли и вторгаются в испанские гавани, а после разгрома Непобедимой Армады Рэли становится наиболее активным сторонником широкой колониальной экспансии и составляет планы захвата испанских владений в Южной Америке.
Начало колониальной экспансии Англии ознаменовалось огромным повышением спроса на географическую литературу — Рэли был одним из самых ярых пропагандистов книг о путешествиях, неутомимым собирателем книг и рукописей. Не случайно знаменитый издатель географической литературы Хаклюйт, который именно в эти годы начал готовить к изданию капитальный труд “Главные плавания, путешествия и открытия английского народа” {Содержание “Главных плаваний...” гораздо шире названия. Это по сути дела самое обширное собрание материалов о путешествиях, совершенных во все известные тогда части света как англичанами, так и другими европейцами. Первое издание его вышло в 1589 г., и затем оно неоднократно переиздавалось, причем каждый раз в него включались новые данные. Так, из второго издания (1598—1600) читатель мог уже узнать и о путешествии Рэли.}, выразил в предисловии к нему особую благодарность Рэли. Будущий автор “Открытия Гвианы” доставил Хаклюйту рукопись португальца ди Каштру, описавшего путешествие в Красное море вице-короля Индии Жуана Иштевана да Гамы в 1541 году.
В начале 90-х годов Рэли все чаще обращается к мысли совершить путешествие в Южную Америку, с тем чтобы нанести Испании решающий удар, закрепившись в ее же собственном тылу.
Вначале Рэли планировал нападение на испанцев в Панаме с расчетом захватить “Серебряную флотилию”, доставлявшую в Европу сокровища испанских колоний. Весной 1592 года для этой цели была даже снаряжена экспедиция, вышедшая в путь под командованием самого Рэли. Ему, однако, по приказу королевы пришлось почти сразу же вернуться в Англию. Корабли же, командование которыми перешло к Мартину Фробишеру, возвратились на родину в сентябре того же года, захватив самый богатый в истории Англии приз — португальское судно “Мадри ди Диуш”.