Барон пригласил для участия в экспедиции орнитолога доктора Ричарда Фирталера и Оскара Брема, брата Альфреда, которые прибыли в Александрию в ноябре 1849 года, привезли с собой деньги и снаряжение. Оскар Брем, хороший энтомолог, должен был обеспечить сборы насекомых и других беспозвоночных. Барон фон Мюллер обещал присоединиться к экспедиции в Хартуме около 1 июля.
Путешественники отправились в путь 24 февраля 1850 года. Точно так же, как и в первый раз, поднялись на барке вверх по Нилу, а затем продолжили путь на верблюдах. Начало путешествия было очень удачно: кроме птиц и зверей собрали много жуков и других насекомых, которыми специально занимался Оскар Брем. Но случилось большое несчастье — Оскар во время купания утонул буквально на глазах брата! Это был страшный удар для Альфреда и непоправимая потеря для экспедиции. Оправившись от удара, Брем все же нашел в себе силы доставить своих спутников до Хартума.
Положение участников экспедиции было плачевно. Не только не прибыл сам хозяин — барон, но от него не было ни денег, ни писем. Наконец поступило сообщение, что барон фон Мюллер обанкротился. Денег у Брема больше не было, но ему удалось сделать небольшой заем. На эти средства была предпринята шестинедельная экспедиция в леса Голубого Нила. Экспедиция дала богатый материал для коллекций. Но Брем опять схватил лихорадку и совсем больной вернулся в Хартум.
Вылечившись от лихорадки, Альфред вместе со всеми своими спутниками отправился во вторую экспедицию, которая продолжалась три месяца, путешественники глубоко проникли в глухие места. Они добыли многих очень редких птиц, почти каждую ночь слышали рев львов, наблюдали целые стада слонов и огромные стаи обезьян, охотились на крокодилов и бегемотов. Однажды Брем чуть не сделался жертвой своей неосторожности, когда на него бросился легко раненный и разъяренный бегемот. Экспедиция привезла в Хартум около 1400 одних только птичьих шкур.
Брем жил в Хартуме, занимая деньги у своих друзей мусульман, которые высоко ценили его за способность приручать диких животных. Во дворе его дома был целый зверинец. Всюду за ним следовали стая ручных ибисов и мартышка, он приручил даже нескольких грифов. Но особенное удивление вызывали ручная львица и ручной крокодил. Брем пишет, что все эти животные составляли для него большое утешение во время его невольного плена в Хартуме. Встречая так много привязанности и благодарности в своих животных, он часто забывал тяжелое положение, в которое его поставили люди.
Тем временем припадки лихорадки становились все чаще; необходимость возвращения на родину была очевидной. Брем прожил в Судане четырнадцать месяцев, не имея средств заплатить долги. Вернуться в Каир, а затем и на родину ему помогли находившийся тогда в Хартуме немецкий купец Бауергорст и губернатор Судана Латиф-паша.
Отправившись 18 августа 1851 года из Хартума, Брем только к 26 октября добрался до хорошо знакомого ему Каира. Там он прожил всю зиму, отдохнул от трудного путешествия и поправил свое расстроенное здоровье. Шестнадцатого июля 1852 года вернулся он, наконец, после пятилетнего отсутствия в родной дом и имел счастье обнять отца, мать и всех братьев и сестер.
Понятно, что такое продолжительное пребывание в Африке и исключительные занятия охотой и наблюдением природы оказали решающее влияние на карьеру Брема. О продолжении своих занятий архитектурой он перестал думать. Прекрасно сознавая пробелы в естественнонаучном образовании, поступил в университет — сначала в Йенский, потом в Венский.
Уже в эти годы Альфред Брем начал свою литературную деятельность: печатал орнитологические очерки в специальных журналах и был одним из основателей немецкого Орнитологического Общества. В 1855 году он издал в трех томах «Путевые очерки о северо-восточной Африке». Написанные с блеском, они содержали не только подробные описания природы и различные сведения об охоте, рассказы об образе жизни тамошних животных, преимущественно птиц, но и богатый материал по этнографии виденных им стран.
Гонорар, полученный за эту книгу, позволил Брему в 1856 году вместе с братом Рейнгольдом совершить путешествие по Испании. Брат был врачом и также страстным охотником, любителем наблюдения природы. Эта поездка, богатая приключениями, в значительной степени пополнила сведения Брема о южноевропейских животных.