Отправиться в экспедицию удалось только в начале 1871 г. После тщательной подготовки большой караван носильщиков, нагруженный разнообразными товарами, тканями, бусами и медной проволокой для меновой торговли, выступил в глубь Африки из Багамойо — маленького порта, расположенного на юго-восточном побережьи Африки напротив острова Занзибара.
В пути Стенли узнал, что Ливингстон находится на берегу озера Танганьика, в Уджиджи. В то время африканские народы вели справедливую освободительную войну против захватчиков-работорговцев и не пропускали через свою страну чужеземные караваны. Путешественник вынужден был ждать улучшения обстановки. Когда терпенье Стенли истощилось, он решает проникнуть в Уджиджи окружным путем с юга.
Встреча с Ливингстоном была самой сердечной. Более четырех месяцев путешественники провели вместе, совершив плавание к северным берегам Танганьики.
О своем путешествии Стенли поведал миру в газетах и журналах, а также в большой книге "Как я отыскал Ливингстона", в которой, нарисовав привлекательную картину неисчерпаемых богатств, призывал европейские державы к усилению колонизации Восточной Африки.
Вскоре в Европу пришло известие о смерти Ливингстона. Он умер 4 мая 1873 г., не достигнув одной из главных целей своих путешествий — найти истоки Нила. Тогда Стенли решает продолжить исследования великого путешественника. Финансировали экспедицию теперь уже две газеты — "Нью-Йорк геральд" и лондонская "Дейли телеграф". Обогащенный опытом первой экспедиции, Стенли в конце 1874 г. отправился в свое первое трансафриканское путешествие, начав его опять из Багамойо.
До озера Виктория караван шел уже знакомой дорогой. Стенли впервые исследовал, нанес на карту и описал это самое большое в Африке озеро-море, объехав вокруг него на лодках. На пути к озеру Танганьика исследователь открыл озеро Эдуарда и установил его связь с Нилом. Путь на запад лежал через непроходимые тропические леса; сюда не проникал еще ни один европеец. Стенли предстояло первому проникнуть в тайны великого тропического леса. Маршрут пролегал по берегу Луалабы. Перед путниками вставала сплошная стена деревьев, кустарников и вьющихся растений. Редкий луч солнца проникал сквозь эту буйную тропическую зелень. В насыщенном влагой воздухе одежда путников никогда не просыхала. Дорогу прокладывали топорами. Там, где на реке не было порогов, Стенли двигался вперед на лодках. Когда Луалаба круто повернула на запад, путешественник догадался, что это была река Конго, известная в то время только в своем устье. Пороги приходилось обходить берегом, прорубаясь сквозь чащу леса, и носильщики, выбиваясь из сил, тащили лодки на плечах. Наконец, измученные, умирающие от голода, путешественники добрались до устья Конго. Трансафриканское путешествие завершилось. Экспедиция пересекла Африку с востока на запад почти за 2 года и 9 месяцев. Из 369 ее участников берегов Атлантического океана достигли только 109 человек. Стенли разрешил еще одну географическую загадку: он установил связь реки Луалабы с Конго.