Команда «Йоа» состояла из семи человек. Как и было задумано, Амундсен возглавлял экспедицию и одновременно являлся капитаном. Лейтенант Годфред Хансен был его помощником, штурманом, астрономом, геологом и фотографом. Шкипер и гарпунер Антон Лундт выполнял обязанности первого штурмана, а по совместительству был машинистом и метеорологом. Второй штурман, Хельмер Хансен, выполнял свои обязанности без всяких совмещений. Зато второй машинист Юль Вик специально прошел обучение в Портсмутской обсерватории, чтобы помогать Амундсену в производстве магнитных наблюдений. И, наконец, Адольф Хенрик Линдстрем являлся просто коком – никаких дополнительных обязанностей за ним не числилось.

На западном берегу Гренландии в селении Годхавн на борт были взяты собачьи упряжки, каяки, бидоны с керосином, лыжи. Отсюда «Йоа» через северную часть моря Баффина вышла к проливу Ланкастера, который, на счастье, оказался свободен ото льда. В бухте Эребус на о. Бичи стали на якорь и выполнили серию магнитных наблюдений, затем отправились на юго-восток, потом на юг через пролив Пил, миновали еще ряд мелких проливов между островами, прошли вдоль западного берега полуострова Бутия, на котором в 1831 г. Росс открыл магнитный полюс.

Здесь путешественники нашли мраморную плиту, поставленную женой Франклина в память о погибшем муже. Амундсену казалось, что над островом витает дух смерти. Он был пустынен и гол. Проделав магнитные измерения, мореплаватели поспешили дальше.

Амундсен боялся, что возле острова Де-ла-Роккета его корабль, как и корабли многих его предшественников, остановят льды, но проход был свободен. Через некоторое время Руал при совершенно гладкой поверхности воды ощутил подрагивание палубы – верный признак зыби – и понял, что открытое море уже близко. Но в задачи экспедиции входило не только прохождение северо-западным проходом; нужно было определить еще современное положение магнитного полюса.

«Йоа» шла там, где до Амундсена и его спутников еще не бывали другие мореплаватели. Плыть без карты было сложно, тем более что в избытке встречались рифы и мели, часты были сильные штормы. Но из всех передряг путешественники выбрались благополучно и в сентябре стали на зимовку в удобной бухте, названной в честь «Йоа», на южном побережье о. Кинг-Уильям. От североамериканского континента их отделял только пролив Симпсон. До Амундсена здесь побывал только Мак-Клинток, искавший следы экспедиции Франклина. В спешке он не нанес на карту многих островов. Амундсен и его спутники обследовали близлежащий район и уточнили очертания суши, была поставлена обсерватория, регулярно проводились магнитные наблюдения.

Познакомились путешественники и с эскимосами, с которыми сложились вполне дружеские отношения. Правда, вначале Амундсен не слишком доверял им и даже попугал из пистолета. Но потом европейцы и туземцы вполне освоились друг с другом, эскимосы перекочевали поближе к экспедиционной базе и соорудили вокруг нее целый поселок из 50 иглу.

Полярное лето оказалось суровым, льды по-прежнему блокировали выход из бухты. Пришлось остаться еще на одну зимовку и продолжить исследования, которые часто приходилось проводить при температуре —60° и даже ниже. Только в середине августа 1905 г. «Йоа» смогла продолжить плавание. Между проливами Виктория и Долфин-энд-Юнион отказал компас. Экспедиция вошла в район магнитного полюса, который со времен Росса сместился на 3 градуса к северу. Но вскоре шхуна вышла из лабиринта островов и проливов, собственно, и представляющих собой знаменитый северо-западный проход, который на этот раз покорился семерым норвежцам. Но на родину путешественники вернулись только через год, обследовав после еще одной зимовки (в районе устья р. Маккензи), американское побережье Северного Ледовитого океана вплоть до Берингова пролива, который был пройден «Йоа» 31 августа 1906 г. Переход из Атлантического океана в Тихий был завершен.

Путешествие принесло Амундсену мировую известность. Все его долги были оплачены за счет средств, полученных от чтения лекций в Соединенных Штатах, куда он отправился именно с этой целью.

Несмотря на то что в общем путешествие протекало благополучно и без жертв, тяжелые условия Заполярья сказались: Амундсен стал совершенно седым. Путешественник говорил, что все собеседники давали ему от 59 до 75 лет, хотя на самом деле ему было только 33 года. Тем не менее Амундсен уже вынашивал идею покорения Северного полюса посредством дрейфа от северной части Чукотского моря. Для этого он решил просить у Нансена знаменитый «Фрам» и добился успеха, хотя сам Нансен мечтал пойти на нем в Антарктиду, чтобы попытаться добраться до Южного полюса. Однако его задерживали государственные дела – знаменитый полярник в это время был послом Норвегии в Англии. Дрейф к Северному полюсу он счел задачей более важной и поэтому согласился помочь Амундсену.

Вечером 9 августа 1910 г. «Фрам» отправился в плавание. Все были уверены, что он идет в Ледовитый океан. Только капитан да еще несколько человек знали, что маршрут судна имеет прямо противоположное направление. Еще в сентябре 1909 г. Амундсен узнал, что Северный полюс уже покорен Пири, а в Антарктиду для покорения Южного полюса отправился Скотт. Он тут же переменил планы экспедиции, причем в тайне от всех. Честолюбивый норвежец в этот момент думал только о своем престиже и считал, что для его поддержания необходимо совершить какое-либо сенсационное путешествие. А быть вторым на Северном полюсе он не хотел; покоритель северо-западного прохода решил идти к Южному полюсу. Своими намерениями он поделился только с братом и офицерами «Фрама», а остальная команда и весь мир (включая Нансена) узнали о новой цели экспедиции только после прибытия судна на Мадейру. Нансен был потрясен; выступая на пресс-конференции, он благородно взял Амундсена под защиту, хотя, по словам его дочери Лив, это далось ему нелегко. На Новую Зеландию Амундсен направил сообщение для Скотта, но тот уже отплыл к берегам Антарктиды и только на материке случайно узнал о существовании соперника.

14 января 1911 г. «Фрам» вошел в Китовую бухту на шельфовом леднике Росса, и в четырех километрах от края ледника Амундсен поставил базовый лагерь «Фрамхейм». Путь начали в январе, а закончили на полюсе 15 декабря. Почти целый год 8 человек, движимые волей и умом норвежского полярника, решали задачу покорения полюса. Однако сам поход длился всего 3 месяца. 19 октября 5 человек – Амундсен, Оскар Вистинг, Сверре Хассел, Хельмер Хансен и Улав Бьеланн – на четырех собачьих упряжках, взяв с собой 52 собаки, вышли из базового лагеря по заранее определенному маршруту, на котором предыдущие партии организовали склады топлива и продовольствия. На собаках путешественники прошли ледяное плато, лабиринты горных вершин, горные ледники, внутреннее плато Антарктиды. По дороге они находили высокие вехи с флажками, которыми были отмечены склады. Как и предполагалось, ровно через месяц основные запасы были израсходованы. Тогда были забиты 24 собаки. Их мясом кормили оставшихся собак, им же питались и сами путешественники, не испытывая к такой пище особого отвращения. Позже за это Амундсена обвиняли в вандализме, но он был уверен, что для достижения цели имел полное право так поступить. Это входило в скрупулезно рассчитанный план, который позволил решить труднейшую задачу жизнеобеспечения экспедиции.

Дойдя до полюса, путешественники на высоте 2800 м разбили палатку и установили норвежский флаг, а под ним оставили вымпел с надписью «Фрам». Через 2 дня двинулись в обратный путь. Каждые три дня убивали по собаке, пока не дошли до ближайшего продовольственного склада. 26 января 1912 г. группа Амундсена благополучно вернулась на базу, пробыв в пути 99 дней и преодолев 2800 км в оба конца. По дороге были открыты горы Королевы Мод высотой 4,5 тыс. м, ледник Аксел-Хейберг, названный в честь покровителя экспедиции, давшего значительную сумму денег на ее организацию и др. Именами Нансена и его дочери Лив были названы горная вершина и еще один открытый экспедицией ледник.