Среднюю годовую скорость ветра Моусон определил в 22,3 метра в секунду (что соответствует сильному шторму); около 340 дней в году было с бурей. Здесь же он отметил величайшие в Антарктиде снегопады - 1600 миллиметров в год (в переводе на жидкое состояние). Иными словами, группа Моусона выбрала для зимовки район, отличавшийся, как оказалось, самым суровым климатом на Земле - гораздо более суровым, чем в любом из исследованных в то время приполярных районов. В таких условиях группа провела на Земле Адели две зимовки и обследовала на лыжах и санях длинные (до 500 километров) участки побережья по обе стороны от базы.
10 ноября 1912 года Моусон, лейтенант англичанин Белгрейв Ниннис и врач швейцарец Ксавер Мерц отправились в поход с собачьими упряжками на восток от бухты Коммонуэлт.
За Землей Адели они открыли берег Георга V с ледниками Мерц и Ниннис, а также небольшим заливом Бакли. Самым восточным объектом, обнаруженным группой, оказался шельфовый ледник Джозеф Кук (Моусон, правда, посчитал его заливом, заполненным льдом).
Поверхность ледника, названного именем Мерца, была неровной, испещренной бездонными трещинами. С высоты и в хорошую погоду путешественники наблюдали, как ледник спускается волнами к северу и его язык простирается далеко в море, за пределы горизонта. Они благополучно посекли этот ледник. Продвигаясь далее на восток, они оказались на краю крутого спуска. А внизу по обширной долине гигантской застывшей рекой спускался к морю другой ледник, названный позднее Моусоном ледником Нинниса.
14 декабря на 504-м километре маршрута погиб Ниннис. Трагедия произошла при пересечении ледника: обрушился снежный мост над трещиной, и Ниннис, замыкавший партию, вместе с упряжкой собак и санями полетел в трещину. Когда Моусон и Мерц вернулись к трещине, то они увидели внизу, на небольшом выступе, на глубине более 40 метров, двух собак, остатки палатки и парусиновый мешок с продовольствием. К сожалению, имевшихся веревок не хватило, чтобы добраться до выступа. Моусон и Мерц звали Нинниса в течение трех часов, но ответом им была тишина.
Погибло продовольствие и снаряжение. На небольших санях Моусона осталось очень немного еды и палатка. Путешественники повернули обратно. По дороге они убивали собак и питались их мясом. В начале января 1913 года, после того как были съедены все собаки и оставалось очень мало провианта, Мерц заболел и умер. Австралийские ученые в 1971 году установили: смерть Мерца и плохое самочувствие Моусона связаны с отравлением, вызванным приемом повышенных доз витамина А, который содержится в печени собак.
Моусон остался один посреди ледяной пустыни. До базы оставалось еще около 200 километров. Изнемогая от усталости, больной, он продолжал движение на запад, волоча за собой сани. Однажды, поднимаясь по крутому склону, Моусон провалился в трещину и полетел вниз. Но сани задержались над трещиной, и он повис на глубине четырех метров на веревке, привязанной к саням. С большим трудом и напряжением всех сил он подтянулся и вылез из трещины. Более часа он пролежал в глубоком обмороке. Придя в себя, снова тронулся в путь.
Он почти умирал с голоду, но в конце января наткнулся на сложенный из снежных глыб гурий, под которым спасательный отряд сложил запас продуктов. В жестяной банке была записка, в которой сообщалось, что "Аврора" пришла к мысу Денисон и ждет группу Моусона. Путешественник узнал, что Амундсен достиг Южного полюса.
Спасательная партия ушла отсюда обратно на базу лишь шесть часов назад. Подкрепившись и отдохнув, Моусон вынужден был из-за пурги неделю просидеть в пещере; на базу он возвратился 8 февраля 1913 года, через 32 дня после смерти Мерца.
Добравшись до базы, он узнал, что несколько часов назад "Аврора" с западной партией на борту уже ушла в Австралию. На базе осталось пять человек, которых оставили ждать группу Моусона. Они встретили Моусона и остались вместе с ним на вторую зимовку на Земле Адели. Зимовка прошла благополучно.
12 декабря 1913 года снова пришла "Аврора" и забрала зимовщиков. Моусон направил судно на запад для обследования берегов Антарктиды. Экспедиция вернулась в австралийский порт Аделаида 26 февраля 1914 года.
Экспедиция Моусона нанесла на карту огромную (около 4 тысяч километров) "дугу" антарктического побережья, связав открытия Уилкса, Дюмон-Дюрвиля, Дригальского, Скотта и свои собственные, выявив более сотни различных географических объектов; ее труды составили 22 тома.
Экспедиция Моусона примечательна также тем, что в ней впервые была применена радиосвязь - между базой на мысе Денисон и Австралией через промежуточную радиостанцию на острове Макуори. Правда, эта радиосвязь была регулярной лишь во вторую зиму.
Кроме того, Моусон пытался применить в экспедиции аэросани. Это была третья попытка применения механического транспорта в Антарктиде после Шеклтона (1908) и Скотта (1911). Но вследствие несовершенства этих технических новинок они оказались непригодными в суровых условиях. Моусон при подготовке экспедиции приобрел также самолет со съемными лыжами шасси, но при пробном полете еще в Австралии самолет разбился, а пилот чуть не погиб.
После возвращения экспедиции Моусон стал признанным полярным исследователем. Его ждала слава. Он был награжден орденом Британской империи, медалью Лондонского географического общества и рыцарским званием. С тех пор его стали звать "сэр Дуглас".
Осенью 1929 года Моусон во главе Британско-австралийско-новозеландской экспедиции, названной БАНЗАРЭ, На судне "Дискавери", служившем еще экспедиции Скотта, снова отправился в Антарктиду. Два летних сезона экспедиция вела описание берегов Антарктического континента и выполняла океанографические наблюдения.
В январе 1930 года пилот Кемпбел и Моусон поднялись с ледяного припая на небольшом самолете, доставленном на борту "Дискавери". На юге они увидели ледниковый склон и отдельные скалистые вершины. Это был берег Антарктиды, который наблюдал издали капитан Биско ещё в 1831 году Моусон назвал этот берег Землёй Эндерби. Следуя далее на запад, вдоль открытой земли, Моусон встретил 14 января 1930 года норвежскую экспедицию на судне "Норвегия" под руководством Рисер-Ларсена, который был пилотом и имел с собой небольшой гидросамолет. Таким образом, Земля Эндерби была открыта австралийцами и норвежцами одновременно. Встреча произошла в заливе, названном норвежцами именем Амундсена. Здесь проходит 45-й меридиан восточной долготы. Моусон и Рисер-Ларсен договорились тогда провести границу между открытиями - к западу от этого меридиана все открытия принадлежат норвежцам, а к востоку - австралийцам. Небольшой участок берега к востоку от Земли Эндерби Моусон назвал Землей Кемпа, а берег восточнее 60-го меридиана - Землей Мак-Робертсона, в честь австралийского финансового магната из Мельбурна, пожертвовавшего деньги на снаряжение экспедиции.
В следующий летний антарктический сезон 1930/31 года Моусон совершил плавание на "Дискавери" от Земли Виктории на запад до Земли Эндерби. 4 января 1931 года судно "Дискавери" подошло к мысу Денисон. С волнением Моусон осмотрел дом своей первой экспедиции.
Ледовые условия вдоль берега Антарктиды в тот год были более сложными, и лишь поднимаясь на самолете, исследователи рассмотрели ледяной берег, известный под общим названием Земли Уилкса. Моусон давал название виденным издалека частям берега, не проводя четкой границы между ними: берег Банзарэ, Земля Принцессы Елизаветы. Не доходя Земли Мак-Робертсона был открыт большой залив, названный тогда Моусоном морем Макензи, в честь капитана "Дискавери". Сейчас эта акватория Южного океана носит название моря Моусона. В тот год в заливе была открытая вода, и "Дискавери" прошел вдоль берега. Исследователи нанесли на карту береговую линию, высаживались на скалистые участки берега и острова. Здесь были проведены геологические исследования и собраны образцы горных пород.
