Двенадцатого июля 1776 года корабли покинули Англию, отправившись в долгое трудное плавание, из которого капитанам Куку и Кларку уже не суждено было вернуться к туманным берегам родной страны. После остановки в Капштаде, нынешнем Кейптауне, обогнув мыс Доброй Надежды, корабли направляются прямиком в так называемые «ревущие сороковые», опасные и бурные воды — часть океана южней сороковой широты. После того, как 12 декабря экспедиция открывает острова Принца Эдуарда, корабли отправляются в Тасманию, а 12 февраля 1777 года пристают к берегам Новой Зеландии. На острове Кук понимает, что зимой пройти намеченным путём невозможно, и решает посетить открытые им десятилетие назад острова Общества.
Именно тогда члены экипажа стали замечать разительные перемены в своём капитане: Кук стал раздражителен и нетерпелив, а в отношении с туземцами стал проявлять невиданную доселе жестокость, от былой выдержки не осталось и следа. Возможно, причиной тому стали болезни, но вероятней, что Кук нервничал из-за того, что экспедиция отстала от графика, потеряв в итоге практически год. Сначала корабли останавливаются у архипелага Тонга, а 12 августа 1777 года пристают к берегам Таити. Как и во время предыдущих визитов, таитяне радушно и гостеприимно встретили Кука и его команду. Но это уже не тот добрый человек, которого островитяне считали верховным вождём народа европейцев, репутация Кука из-за слегка испортившегося характера был подмочена.
8 декабря, посетив ещё несколько из островов Общества, Кук продолжает плавание: курс кораблей лежит на север. 18 января 1778 года капитан первого ранга Джеймс Кук совершает своё самое громкое географическое открытие, которое, к сожалению, стало для отважного мореплавателя роковым. К северу от экватора экспедицией были обнаружены Гавайские острова, которые Кук назвал Сандвичевыми в честь своего покровителя графа Сандвича — первого лорда Британского Адмиралтейства. Экспедицией были открыты всего лишь четыре острова Гавайского архипелага, до Гаваев — самого большого острова — Кук не добрался.
Жители архипелага приняли Кука за воплощение божества Лоно, а потому время, проведённое на острове, стало сказочным для капитана и членов экипажа. Погостив на острове, где первопроходцам было доступно всё, начиная от женщин и заканчивая провизией, Кук ведёт корабли дальше на север. В результате Джеймс Кук станет первым мореплавателем, который пересёк Тихий океан с юга на север. Но пока корабли, преодолевая непокорные воды и борясь со штормом, идут вдоль берегов Северной Америки, а 28 июня огибают западную оконечность Аляски и выходят в Берингово море. Сквозь Берингов пролив Кук выходит в Северный Ледовитый Океан, пересекает Северный полярный круг, но вновь льды останавливают великого первооткрывателя, на 70 градусах и 44 минутах северной широты. Стена изо льда высотой четыре метра встала на пути двух кораблей, несколько дней подавленный капитан водит корабли вдоль льдов, но здесь он бессилен. 29 августа 1778 года корабли поворачивают на юг.
Зимовать капитан Кук решает на Гавайских островах. На пути к ним корабли огибают Восточный мыс, ныне мыс Дежнёва — самую восточную точку Азии, и, пройдя Беринговым морем, на острове Уналашка — одном из Алеутских островов — встречают русское поселение, промышляющее охотой на пушного зверя. Начальник артели Герасим Григорьевич Измаилов указал Куку ошибки на картах, рассказав обо всех открытиях русских путешественников в этих местах — бесценная информация для англичан, желавших найти проход между океанами. Русские взялись доставить в Англию письмо Кука. В своём последнем послании Адмиралтейству капитан поведал о результатах путешествия и обозначил намерение вернуться в арктические воды в следующем году. К слову, Измаилов советовал Куку зимовать на Камчатке, но капитан был непреклонен, он, как можно быстрей хотел изучить острова Гавайского архипелага.
Дойдя до Гавайев — самого большого острова архипелага, семь недель «Дискавери» и «Резольюшен» ходили возле его берегов в поисках подходящего для стоянки места и в итоге 17 января 1779 бросили якорь в бухте Кеалакекуа. Аборигены, уже слышавшие от соседей о белых людях, ещё больше убеждаются в божественном происхождении Кука: во-первых, как в первый, так и во второй раз он пристаёт к берегам островов во время празднований в честь бога Лоно, а во-вторых, именно в бухте Кеалакекуа по преданию в последний раз видели бога.
Целый месяц английские моряки наслаждались роскошью и великолепным приёмом, но, как и туземцы острова Кауаи, гавайцы постепенно стали понимать, что европейцы, возможно, за исключением Кука, вовсе не посланники небес. Моряки не чурались, а наоборот искали встреч с гавайскими женщинами — поведение неприемлемое для божественных существ. А однажды аборигены увидели, как на берегу хоронили одного из членов экипажа — миф о посланниках Лоно моментально рассеялся. Редкий гаваец ещё верил в то, что паруса кораблей — это морские скаты, а мачты — священные деревья плавучего острова…