Podczas pobytu na stałym lądzie statki zostały odmalowane. Dokonano także koniecznych napraw. Do załogi dołączył wreszcie przyrodnik Anders Sparrman, uczeń Karola Linneusza.

Statki ponownie wypłynęły w morze 22 listopada, kierując się ku koordynatom przekazanym przez wyprawę Bouveta. Problemem stawać zaczęły się gęste mgły oraz pokrywa lodowa. 17 stycznia 1773 roku załogi przekroczyły koło podbiegunowe południowe. Jako że nie udało się osiągnąć zamierzonego celu, a warunki pogodowe zaczęły się pogarszać, Cook podjął decyzję o zawróceniu na północ. Jednocześnie jednak statki kierować zaczęły się bardziej ku wschodowi. Temperatury – mimo szybkiego przemieszczania się ku cieplejszym strefom klimatycznym – spadły do takiego stopnia, że przez kilka dni woda na pokładzie pozostawała zamarznięta. 8 lutego, w warunkach słabej widoczności, załoga „Resolution” utraciła kontakt z okrętem „Adventure”. Po trwających kilkanaście godzin próbach ponownego dostrzeżenia drugiego statku, Cook zdecydował się płynąć dalej na północny wschód. Z uwagi na niesprzyjający wiatr nie powiodły się zamysły wylądowania na Tasmanii (znanej wówczas jako Ziemia van Diemena). Z tego powodu „Resolution” obrał kurs na Nową Zelandię. 26 marca statek wpłynął do fiordu Dusky Sound w zachodniej części Wyspy Południowej.