庫克與奮進(jìn)號在1769年8月離開社會群島向西進(jìn)發(fā)，約兩個月后于10月6日抵達(dá)新西蘭，新西蘭這個地名源于荷蘭文“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)新西蘭最南端的時候，卻把那里的島嶼誤認(rèn)為是接壤南島的一個海岬，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?！?