Był jednym z pierwszych Europejczyków, którzy widzieli i opisali wodospad Niagara.

W latach następnych badał dzisiejsze wybrzeża Nowej Anglii zakładając m.in. miasto Port Royal (dzisiaj Annapolis Royal w Nowej Szkocji).

Wiosną 1608 roku wyruszył w kierunku Kanady. W lipcu tego roku nad Rzeką Św. Wawrzyńca założył fort Quebec, który, wraz z faktorią handlową, stał się zalążkiem kolonii francuskiej. Zima tego roku była tak ostra, że spośród 24 ludzi Champlaina przetrwało zaledwie 8. Pomocni okazali się Indianie z plemion Algonkinów i Huronów, z którymi Champlain utrzymywał przyjazne stosunki, pomagając w wojnie z Irokezami. Ludzie Champlaina posiadali broń palną, wobec której Irokezi byli bezradni. W czasie jednego z takich rajdów wojennych odkrył jezioro nazwane później jeziorem Champlain.

W 1615 zapuścił się w górę rzeki Ottawa, docierając do jezior Nipissing i wielkiej wschodniej zatoki Jeziora Huron, Georgian Bay. Zatoka ta, usiana przez ponad 30 tys. malowniczych wysp i wysepek, wtedy jeszcze nie nosiła nadanej jej później obecnej nazwy na cześć brytyjskiego króla Jerzego IV. Champlain nazwał ją niezaborczo po francusku „Morzem Łagodnym” (fr. La Mer Douce).