25 августа «Дункан» выходит в море из Глазго. На следующий день выясняется, что на борту находится еще один пассажир. Им оказывается секретарь Парижского географического общества француз Жак Паганель. По свойственной ему рассеянности он за день до отплытия «Дункана», перепутав корабли (ибо хотел плыть в Индию на пароходе «Шотландия»), забрался в каюту и проспал там ровно тридцать шесть часов, чтобы лучше перенести качку, и не выходил на палубу до второго дня путешествия. Когда Паганель узнает, что он плывет в Южную Америку вместо Индии, сначала его охватывает отчаяние, но затем, узнав о цели экспедиции, он решает внести изменения в свои планы и плыть вместе со всеми.
Переплыв Атлантический океан и пройдя через Магелланов пролив, «Дункан» оказывается в Тихом океане и направляется к берегам Патагонии, где, по некоторым предположениям — сначала именно так истолковали записку, — капитан Грант томится в плену у индейцев.
Пассажиры «Дункана» — лорд Гленарван, майор Мак-Наббс, Паганель, Роберт и трое матросов — высаживаются на западном побережье Патагонии, а Элен Гленарван и Мэри под опекой Джона Манглса остаются на паруснике, который должен обогнуть континент и ждать путешественников на восточном побережье, у мыса Корриентес.
Гленарван и его спутники проходят через всю Патагонию, следуя по тридцать седьмой параллели. В этом путешествии с ними происходят невероятные приключения. Во время землетрясения в Чили пропадает Роберт. Несколько дней поисков оканчиваются плачевно — ребенка нигде не могут найти. Когда маленький отряд, утратив всякую надежду его отыскать, уже собирается двинуться в путь, путники вдруг видят кондора, который в своих мощных лапах несет Роберта и начинает взмывать вместе с ним в поднебесье. Мак-Наббс уже хочет выстрелить в птицу, когда внезапно его опережает чей-то другой меткий выстрел. Раненая птица, словно парашют, на своих могучих крыльях спускает Роберта на землю. Выясняется, что этот выстрел произвел туземец по имени Талькав. Он становится их проводником по равнинам Аргентины, а в дальнейшем и настоящим другом.
В пампасах путникам грозит гибель от жажды. Талькав, Гленарван и Роберт, чьи лошади еще не очень утомлены, отправляются на поиски воды и опережают остальных. У реки ночью на них нападает стая красных волков. Троим путешественникам грозит неминуемая гибель. Тогда Роберт вскакивает на быстроногую Тауку, лошадь Талькава, и, рискуя быть растерзанным волками, увлекает стаю от Гленарвана и Талькава. Ему удается избежать гибели. Он присоединяется к группе Паганеля и утром вновь встречается со спасенными им Гленарваном и Талькавом.
Вскоре после этого в низине отряду предстоит пережить наводнение из-за разлива рек. Путникам удается взобраться на раскидистое ореховое дерево, которое бурый поток не смог вырвать из земли. На нем они устраивают привал, даже разводят костер. Ночью ураган все же вырывает дерево, и на нем людям удается выплыть на сушу.
Паганелю приходит в голову мысль, что первоначально записка капитана Гранта была истолкована неверно и что речь в ней идет не о Патагонии, а об Австралии. Он весьма доказательно убеждает остальных в правильности своего вывода, и путешественники принимают решение вернуться на корабль, чтобы продолжить плавание до берегов Австралии. Так они и поступают.
Они обследуют, но тщетно, два острова, лежащих по пути, — Тристан-да-Кунья и Амстердам. Затем «Дункан» приближается к мысу Бернулли, расположенному на австралийском побережье. Гленарван высаживается на сушу. В нескольких милях от берега стоит ферма некоего ирландца, который радушно принимает путешественников. Лорд Гленарван рассказывает ирландцу о том, что привело его в эти края, и спрашивает, нет ли у него сведений об английском трехмачтовом судне «Британия», потерпевшем крушение около двух лет назад где-то у западных берегов Австралии.
Ирландцу никогда не приходилось слышать о потонувшем корабле, но, к великому удивлению всех присутствующих, в разговор вмешивается один из его работников, по фамилии Айртон. Он заявляет, что если капитан Грант еще жив, то находится на австралийской земле. Его документы и рассказ удостоверяют, что он служил боцманом на «Британии». Айртон говорит, что потерял капитана из виду в тот момент, когда корабль разбился о прибрежные рифы. До сих пор он был убежден, что из всей команды «Британии» уцелел лишь он один. Правда, Айртон уверяет, что корабль разбился не у западных, а у восточных берегов Австралии, и если капитан Грант еще жив, о чем свидетельствует записка, то находится в плену у туземцев где-нибудь на восточном побережье.