庫克與奮進(jìn)號(hào)在1769年8月離開社會(huì)群島向西進(jìn)發(fā)，約兩個(gè)月后于10月6日抵達(dá)新西蘭，新西蘭這個(gè)地名源于荷蘭文“Nova Zeelandia”，經(jīng)庫克繙譯后，地名遂以英文正名為“New Zealand”。

庫克抵達(dá)新西蘭后隨即作環(huán)島航行，雖然他證實(shí)了新西蘭不是傳說中的南方大陸，但卻因此成為歷來首位環(huán)繞新西蘭航行的航海家。

除此之外，他還得以繪制新西蘭全域的海岸線，制成的地圖相當(dāng)準(zhǔn)確，只有些微的錯(cuò)誤。探索新西蘭期間，經(jīng)庫克命名的地方眾多，當(dāng)中包括波特蘭島、貧窮灣、豐盛灣、霍克灣、水星灣和南阿爾卑斯山脈等地。庫克證實(shí)了分隔開新西蘭北島與南島的庫克海峽并不是前人所以為的海灣。

不過，庫克駛經(jīng)新西蘭最南端的時(shí)候，卻把那里的島嶼誤認(rèn)為是接壤南島的一個(gè)海岬，并將之命名為“南岬”，這處地方即為后人所知的斯圖爾特島。

庫克一行在新西蘭五個(gè)多月，期間曾與當(dāng)?shù)孛私佑|，一直到1770年3月31日，他們駛離新西蘭，繼續(xù)往西探索，終于在4月19日抵達(dá)澳洲大陸東南方海岸（今澳洲新南威爾士省一帶），立下歐洲人首次抵達(dá)澳洲東岸的創(chuàng)舉。

庫克有感當(dāng)?shù)鼐爸屡c威爾士南部格拉摩根郡（Glamorganshire）相似，遂將之命名為新威爾士，后來又改為新南威爾士。

在4月23日，庫克在周記中紀(jì)錄了他在波爾利角（Bawley Point）附近的布魯舒島（Brush Island）岸邊直接見到澳洲原住民的情況，他寫到：“……他們的顏色像相當(dāng)深色或黑色，但我可不知道這究竟是他們真正的膚色，抑或是衣服的顏色?！?