Экспедиция Кулика вызвала настолько всеобщий и большой интерес к падению Тунгусского метеорита, что уже в январе 1929 года Президиум Академии наук СССР принимает решение о посылке в третий раз экспедиции на дальнейшие поиски Тунгусского метеорита. Как и предыдущая, она финансировалась отделом научных учреждений Совнаркома, однако часть средств было выделено и собственно Академией наук. Все это позволило Кулику организовать достаточно большую и хорошо оснащенную необходимым оборудованием экспедицию.
24 февраля 1929 года третья экспедиция, самая многочисленная и наиболее оснащенная, под руководством Кулика выехала из Ленинграда. В состав экспедиции входили: помощником Л. Кулика был молодой астроном Е. Л. Кринов, судьба которого в последующем тоже оказалась прочно связанной с Тунгусским метеоритом и который после войны стал бессменным руководителем Комитета по метеоритам Академии наук СССР вплоть до своей кончины; болотовед Томского университета Л. В. Шумилова; буровой мастер А. В. Афонский; а также взятые в качестве рабочих энтузиасты-любители К. Д. Янковский, Б. А. Оптовский, С. Ф. Темников, Б. Н. Старовский, Л. Ф. Гридлюха и С. М. Карамышев.
Для проведения земляных работ, поскольку основной задачей экспедиции с целью поиска осколков метеорита представлялись раскопки воронок, везли с собой разнообразный ручной инструмент — лопаты, ломы, кайла, тросы. Было взято два комплекта ручных буров, два болотных бура-щупа, два насоса для откачки воды из шурфов и воронок. В числе научного оборудования были комплекты метеорологических приборов, а также приборы для исследований вечной мерзлоты, теодолит, фотоаппараты, химические реактивы и многое другое.
Для перевозки по тайге всего этого снаряжения, а также запаса продовольствия, рассчитанного на полтора года работы, из расчета на 6–8 человек, потребовался обоз из полусотни подвод. 6 апреля экспедиция прибыла на предполагаемое место падения метеорита.
По прибытии Леонид Алексеевич сразу же решил пойти в «лобовую атаку» — раскопать так называемую воронку Суслова, которая представляла собой почти круглое торфяное болото с диаметром около 32 метров. Траншея для спуска из воронки воды в соседние депрессии рылась вручную. Работа эта была очень тяжелой. Монолиты мерзлого торфа в процессе рытья изучались Шумиловой. К 25 мая траншея, параметры которой были в метрах, составляли 35 х 1,5 х 4. О том, что произошло позже, рассказывает Е. Кринов:
Эта неудача не сломила Кулика, хотя тупик, в который зашли поиски, был очевиден… Нужно сказать, что еще в самом начале работ некоторые участники экспедиции (в частности, Е. Л. Кринов) высказали убеждение, что поиски метеорита находятся на неправильном пути. Они считали, что Л. А. Кулик, не являясь специалистом-болотником, принял за метеоритные воронки обычные ямы, образующиеся очень часто в зоне вечной мерзлоты. Однако попытки убедить Кулика в необходимости перенесения поисков в другой район, например, в южной части Великой котловины (Южное Болото), привели к острому конфликту среди членов экспедиции. В отстаивании своих научных взглядов Кулик был не просто непримирим, а буквально фанатичным. «Инакомыслящим» пришлось покинуть экспедицию, а Кулик приказал продолжить раскопки, которые продолжались все лето.
Осенью 1929 года после частичной очистки от мха Сусловской воронки было начато ее бурение, а также раскопка второй, значительно меньшей, воронки диаметром 10 метров, расположенной рядом с Сусловской. Однако раскопки второй воронки показали ее естественное происхождение и были прекращены. Таким образом, проведение раскопок воронок показали, что они имеют не метеоритное, а термокарстовое происхождение. Бурение же Сусловской воронки, глубина которого достигла почти 30 метров, продолжалось вплоть до весны 1930 года. Буровые работы тоже не дали никаких положительных результатов.