В этот период Амундсену удалось познакомиться со своим кумиром, Нансеном, и тот взял земляка под покровительство. Благодаря протекции Нансена Амундсен был назначен первым помощником на судно «Бельжика», которое направлялось в полярную экспедицию к берегам Антарктиды для изучения материка и поисков магнитного полюса. Руководителем экспедиции являлся Адриан де Герлаче де Гомери.
Первая экспедиция Амундсена чуть было не стала для него последней: из-за неопытности руководителя корабль был скован льдами около острова Петра I. Пришлось провести в Антарктиде зиму. Даже летом вода не очистилась ото льда, и только спустя 13 месяцев корабль удалось вывести в море.
Зимовка в Антарктиде была нелегкой, и именно после нее Амундсен заявил, что хотел бы умереть без страданий. «В бельгийской экспедиции я почувствовал опасность медленной гибели – единственное, чего я боюсь», – признавался он впоследствии. Большинство путешественников заболело цингой. Только благодаря инициативе и решительности Амундсена им удалось выжить. Он организовал охоту на тюленей и пингвинов, предложил изготавливать из их кожи теплую одежду.
В марте 1899 года «Бельжика» отправилась на север. В ходе экспедиции были проведены различные научные исследования и установлен рекорд пребывания на материке: до них в Антарктиде еще никто и никогда не зимовал.
После возвращения Амундсен успешно сдал экзамены на звание капитана и начал обдумывать свою собственную экспедицию, в ходе которой хотел найти северо-западный проход из Атлантического в Тихий океан, который все еще не был открыт.
Норвежец понимал, что необходимая финансовая поддержка ему может быть оказана только в том случае, если в качестве цели экспедиции он укажет научные исследования. Поэтому официально он заявил о том, что собирается заняться исследованием северо-магнитного полюса, и отправился в Гамбург изучать магнетизм.
После неудачной антарктической экспедиции Амундсен решил предусмотреть все возможные варианты и сам занялся подготовкой. Он приобрел легкое рыболовецкое судно под названием «Иоа» и оснастил его. Очень тщательно он выбирал людей, понимая, что от того, сумеют ли они сработаться друг с другом, будет зависеть жизнь всех участников экспедиции. Наконец Амундсен собрал команду. Он был уверен в каждом матросе, но все равно довольно жестко поставил в известность каждого о том, что на корабле он является единственным командиром и руководителем и малейшее неповиновение повлечет за собой тяжелые последствия. В 1903 году «Иоа» снялся с якоря и отправился на запад.
Корабль без особых трудностей прошел между островами Северной Канады, и на одном из островов Амундсен приказал разбить лагерь, в котором решено было зимовать. Продуктов питания, оружия, боеприпасов и инструментов заготовили достаточно, и зимовка прошла довольно легко. Кроме того, путешественники познакомились с эскимосами и многому научились у них. Эскимосы никогда не видели белых людей и с удовольствием сотрудничали с ними. Амундсен и его товарищи купили у эскимосов теплые куртки на оленьем меху и рукавицы из медвежьего меха, научились строить иглу (жилища народов Севера), готовить пеммикан, ездить на собачьих упряжках.
Зимовка не только не стала для Амундсена в тягость, но, напротив, очень понравилась ему. Спокойная, размеренная жизнь на Крайнем Севере, вдали от цивилизации, показалась ему очень романтичной и возвышенной. Он искренне восхищался эскимосами, которых называл «мужественными детьми природы».
Однако некоторые обычаи эскимосов казались норвежцу непонятными и даже неприятными. Так, в своей биографии он отмечал: «Они очень дешево предлагали мне множество женщин». Дальше он заявлял, что категорически запретил всем членам команды связи с женщинами, боясь, что это может подействовать на команду разлагающе. В качестве острастки Амундсен заявил, что многие из них скорее всего больны сифилисом. Это сообщение подействовало на команду именно так, как хотел капитан: европейцы близко не подходили к эскимосским женщинам.
Вместо одной зимовки Амундсен провел на Севере около двух лет. В Европе его давно уже считали погибшим. Тем временем Амундсен приказал грузиться на корабль, снялся с якоря, направился на запад и пересек территорию, которая в то время еще не была нанесена на карты. Очень скоро он достиг свободного от островов водного пространства (ныне залив Амундсена), а 26 августа 1905 года встретил парусное судно, шедшее с западного побережья Америки, из Сан-Франциско. Капитан корабля, американец, увидев «Иоа», был очень удивлен, а Амундсен обрадовался ему. Он пригласил его на свой корабль и представился. В ответ он услышал: «Вы капитан Амундсен? В таком случае я вас поздравляю».
Однако в этом году Амундсену не удалось вернуться в Европу, так как море уже покрылось льдами. Путешественникам снова пришлось зимовать на Севере. За это время норвежец на лыжах дошел до города Игл-Сити, находящегося на расстоянии 800 километров от побережья, и отправил на родину телеграмму, в которой сообщал: «Северо-западный проход преодолен».