Далее экспедиция направилась к берегам Новой Зеландии, но с её аборигенами наладить дружеских отношений англичанам не удалось. Произошло даже несколько вооружённых стычек. Кук установил, что Новая Зеландия не часть неизвестного материка, как считалось ранее, а два больших острова, разделённых проливом (пролив Кука). В апреле 1770 года экспедиция подошла к восточному побережью Австралии и остановилась в водах залива, названного Куком Ботаническим (8 километров к югу от нынешнего Сиднея) из-за большого количества ранее неизвестных растений. Затем Кук направился на северо-восток вдоль побережья, но в июне корабль сел на мель и серьёзно повредил корпус. Пришлось искать подходящее место и становиться на ремонт. В дальнейшем, продолжая плавание, выяснилось, что корабль отрезан от моря Большим Барьерным рифом. Кук принял решение по-прежнему двигаться вдоль побережья на север, несмотря на то, что здоровье команды ухудшалось – началась цинга. Упорное движение на север привело к повторному открытию пролива между Австралией и Новой Гвинеей (тогда не было полной уверенности, что Новая Гвинея является островом, а не частью Австралии). Через этот пролив Кук и направился в Батавию (ныне Джакарта). В Индонезии на корабле начала свирепствовать малярия, поэтому по завершении ремонта Кук сразу же покинул Батавию. К сожалению, к имеющимся на борту болезням присоединилась ещё и дизентерия, ставшая в тот период основной причиной смертей. Когда в марте 1770 года «Индевр» входил в порт Кейптауна, на борту оставалось лишь 12 трудоспособных человек. Только на пути из Батавии в Кейптаун погибло 22 участника экспедиции, в том числе и астроном. В Кейптауне команда была доукомплектована и 12 июля 1771 года экспедиция вернулась в Англию. В целом, экспедиция была признана успешной, а Кук произведён в капитаны 1-го ранга.
Вторая кругосветная экспедиция 1772—1775 годов напрямую связана с европейской экспансией в моря Южного полушария. Великобритания опасалась активности французов в этой части света, которые в конце 60-х годов организовали целых четыре экспедиции на поиски пресловутого Южного материка. Адмиралтейство так торопилось, что после составления Куком подробного отчёта о первой экспедиции, предоставило ему только три недели отпуска. Перед Куком была поставлена задача как можно дальше продвинуться на юг в надежде открыть Южный материк, а затем двигаться в восточном направлении и обследовать неизведанные части южного полушария в поисках ещё не открытых земель. Экспедиции выделили два корабля – «Резолюшн» и «Эдвенчер». На первом – капитаном был сам Кук, на втором – Тобайас Фюрно. В экспедиции принимали участие натуралисты Иоганн и Георг Форстеры (отец и сын), о которых подробнее расскажу ниже, два астронома и художник.