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.
По возвращении на родину Амундсен немедленно отправился к Нансену. Конечно, он был смущен, но прославленный соотечественник сразу же поздравил Руала с блестящей победой. Позже он выступил в прессе со статьей в защиту Амундсена и призвал норвежцев помочь ему расплатиться с долгами и собрать средства для новой экспедиции, на этот раз действительно в Арктику.
Уже в эти годы путешественник загорелся идеей изучения полярных областей с воздуха. В 1914 г. он приобрел биплан «Фарман», чтобы производить полеты над арктическими областями. Однако Первая мировая война помешала осуществлению планов, и Амундсен подарил самолет государству.
Сразу после войны, использовав собственные средства, полученные от продажи удачно вложенных акций, Амундсен построил новое судно и назвал его в честь норвежской королевы «Мод». Летом 1918 г. оно вышло из Тромсе. Полярник решил реализовать давний замысел о дрейфе на Северный полюс от Чукотского моря. Попытка оказалась неудачной, причем беды следовали одна за другой: сначала Амундсен упал с трапа вниз головой и сломал плечевую кость; через несколько дней за ним погналась медведица и сильно ударила лапой в спину (спасло путешественника только то, что одна из собак отвлекла зверя); еще через некоторое время полярник отравился угарным газом. Потом по пути к Диксону без вести пропали двое участников экспедиции. Трижды перезимовав у северных берегов Евразии, экспедиция ни на йоту не приблизилась к цели путешествия и не смогла даже начать дрейф. В январе 1922 г. Амундсен вернулся в Норвегию, чтобы раздобыть денег для продолжения путешествия. Стортинг (парламент) выделил средства, но в результате девальвации деньги обесценились.
Однако Амундсен не сдавался: читал лекции, собирал пожертвования. В результате в июне 1922 г. «Мод» вновь отправилась в плавание. По плану в Арктике ей предстояло провести 7 лет. На борту корабля находился самолет «Юнкерс». Через некоторое время его перегрузили на шхуну. «Мод» отправилась к Чукотке, а Амундсен на шхуне пошел к северу, чтобы совершить полет к полюсу. При первой попытке, в мае 1923 г., машина вышла из строя. Во время второй попытки, 21 мая 1925 г., Амундсен вместе с известным полярником Л. Элсуортом на двух самолетах стартовал со Шпицбергена. И снова неудача: в 250 км от полюса пришлось совершить вынужденную посадку и в июне на одном самолете возвращаться обратно. Совершить перелет через полюс Амундсену удалось только 11–13 мая 1926 г. на дирижабле «Норвегия».
В 1928 г. Амундсен, один из самых опытных полярников, испробовавший различные варианты полярных путешествий, активно подключился к поискам экспедиции Нобиле, потерпевшей крушение на дирижабле «Италия». На самолете «Латам» вместе с экипажем из четырех человек норвежец отправился в полет и 20 июня исчез в просторах Арктики.