В 1897 году бельгийцами была организована научная экспедиция Антарктику. В состав этой экспедиции входили ученые из разных стран, Амундсен попал в нее в качестве первого штурмана.
Экспедиция направилась к берегам Южной Америки и провела несколько недель возле Огненной Земли, к тому времени еще очень мало исследованного острова. Ученые разных специальностей собрали на нем богатые коллекции, а затем направились к Земле Грахама. Здесь корабль внезапно попал в сплошной ледяной пак и застрял в нем. Пришлось располагаться на зимовку. Командование экспедиции совершенно не рассчитывало на такой оборот дела, и потому не было подготовлено к зимовке. Зима принесла исследователям много горя. Горючее для отопления и освещения быстро кончилось, в каютах воцарились холод и темнота. Люди, подавленные одиночеством и шумом от беспрерывного треска льда, впали в мрачное безразличие.
Все страдали от цинги, а двое матросов сошли с ума. Начальник экспедиции и капитан были так тяжело больны, что не вставали с постелей. Амундсену пришлось взять на себя командование.
Он делал все, что мог, чтобы облегчить положение товарищей. Полагая, что некоторое разнообразие в пище улучшит состояние цинготных больных, он откопал из сугробов замерзшие трупы тюленей и принялся кормить больных тюленьими котлетами. И это действительно оказало поразительное действие на здоровье и состояние духа зимовщиков.
Но главным источником силы и бодрости в это трудное время был, по словам Амундсена, корабельный врач, энергичный маленький американец Кук, который в свое время был с Пири в Гренландии. Кук был всегда весел, никогда не падал духом и неустанно заботился о всех слабых участниках экспедиции. Он организовал вылазки на разведку льда, чтобы узнать, какие имеются шансы на освобождение из ледового плена, он же сформировал партию добровольцев для сверления льда и взрыва его динамитными патронами.
Когда патроны, расположенные по прямой от носа корабля, взорвались, ничего особенного не произошло, но, когда наступило лето, ледяное поле треснуло вдоль линии взрыва, и корабль вышел из льдов.
По словам Амундсена, доктор Кук был честным, храбрым и неистощимо жизнерадостным человеком. А между тем это был тот самый Кук, который впоследствии уверял, что взошел на вершину горы Мак-Кинли, в то время как на самом деле поднялся лишь на один из окружающих ее холмов. В другой раз он поразил мир, распустив слух, что достиг Северного полюса. Был даже момент, когда ему поверили. Позднее он сидел в тюрьме за мошенничество.
После тринадцатимесячного ледяного плена корабль бельгийской экспедиции наконец вернулся в Европу и привез ценный научный материал.
В следующем году Амундсен получил диплом капитана и немедленно приступил к организации своей первой самостоятельной экспедиции. При этом он пользовался советами и помощью Нансена. Но даже эта помощь не оградила его от волнений, разочарований, затруднений и проволочек при сборе необходимых для экспедиции денег. Эта экспедиция, скромная по затраченным на нее средствам, должна была привести Амундсена на вершину славы, он собирался пройти Северо-западным проходом и попутно установить точное местонахождение Северного магнитного полюса.
Амундсен купил маленькую, но пригодную для дальнего плавания норвежскую рыбачью шхуну «Иоа». Двигатели внутреннего сгорания только что начали тогда появляться, и Амундсена едва не подняли на смех, когда он установил на шхуне двигатель в помощь парусам. Двигатель этот честно служил в экспедиции, хотя однажды чуть не послужил причиной большого несчастья в машинном отделении вспыхнул пожар, и если бы огонь дошел до баков с горючим, Амундсен со всей командой неминуемо погиб бы в огне среди ледяных просторов Арктики.
Амундсен отплыл в июне 1903 года. Его команда состояла всего из шести человек. Так как к моменту отплытия ему не удалось полностью расплатиться с кредиторами, то он со своими товарищами пробрался на борт судна ночью, в проливной дождь, и они тайком вышли в море.
«Иоа» быстро дошла до одной из гаваней западного берега Гренландии, где взяла собачью упряжку и горючее для мотора. Затем Амундсен направился на запад, к острову Бичи, где провел ряд исследований, чтобы узнать, в каком направлении находится магнитный полюс. Магнитная стрелка показывала на полуостров Бутия, и «Иоа» пошла туда через пролив Пиля. Глубины в архипелаге были тогда почти неизвестны, и Амундсен включил их измерение в план своих работ.