1834–1835 prowadził wielotematyczne badania przyrodnicze w Ameryce Północnej (Appalachy, Floryda, Meksyk). Najważniejsze odkrycia z tego okresu to odkrycie eksploatowanego do dziś złoża rud miedzi w Kanadzie (nad jeziorem Ontario). Dalsza trasa wiodła przez Meksyk, Kubę i Brazylię, Urugwaj i Argentynę, aż do Chile. W Ameryce Południowej badał tamtejsze wulkany i złoża surowców mineralnych (Argentyna, Peru, Ekwador). W 1836 prowadził badania geologiczne i obserwacje meteorologiczne w Ameryce Południowej (Brazylia, Urugwaj, Chile). W roku 1838 kontynuował badania na Hawajach i wyspach Polinezji. Lata 1839–1843 to okres eksploracji Australii, Nowej Zelandii i Tasmanii.
Podczas pobytu w Australii zbadał najwyższe pasmo górskie tego kontynentu – Wielkie Góry Wododziałowe, a jego najwyższy szczyt, na którym stanął 12 marca 1840 roku, nazwał na cześć przywódcy insurekcji z 1794 roku Górą Kościuszki (Mount Kosciuszko). (Inny szczyt otrzymał imię jego ukochanej – Mount Adine – jednak nie ma pewności który, bo nazwa się nie przyjęła).