成立英国国家南极探险队是马卡姆多年以来的梦想，当他认识和了解了斯科特之后，深深被他的智慧、勇气和责任感所折服，成了斯科特最坚定的支持者。这支探险队是英国皇家学会和皇家地质勘探局联合组织的，因此，委员会对于斯科特的职责范围产生了激烈的争执，委员会认为应该由一名科学家负责探险队的计划安排，但马卡姆坚定地信任斯科特令大家动容。1901年8月6日，斯科特被任命为探险队的指挥官。马卡姆为这场探险花费49277英镑，建造了“发现号”轮船。英国国王爱德华七世对于探险十分感兴趣，在探险队离开英国的前一天，他参观了“发现号”并授予斯科特皇家维多利亚勋章。

探险队的每一名队员都是斯科特亲自面试的，但在那个从未有人涉足过南极的年代，在50多人的队伍中，几乎没有人有任何极地考察经验，更没有受过专门的训练。斯科特专门去了奥斯陆，拜访曾经去过北极探险的挪威探险家雷德乔夫·南森。斯科特根据南森“狗拉雪橇”的建议，从俄罗斯买了20条公狗和3条母狗，并安排大家带上滑雪板。他还耗资1300英镑为这次旅行购置了一个热气球。

1901年3月21日，斯科特带队出发。向南前进的路途是漫长而困难的，“发现号”很快就出现了漏水问题，即使开足马力，也很难超过7海里/小时。就这样缓慢地前进，他们到达了新西兰，将船修好并且补充了给养，继续向更高纬度的南方前进，进入了大块流动的冰群。大家都是第1次考察南极，他们在探险过程中出了很多问题，也吃了很多苦头。渐渐地，他们开始学习在冰冷恶劣的环境中生存，一起慢慢成长着。

1902年3月，斯科特、欧内斯特·沙克尔顿和爱德华·威尔逊三人到达了南纬82度17分，距离南极点约853千米，成为第一批穿过南纬80度的人。再往南去的状况大家一无所知，甚至在地图上还是一片空白。沙克尔顿身体已经逐渐吃不消了，出现了坏血病的症状，只得提前离开了探险队；而威尔逊的眼睛也由于雪地反光十分疼痛，只能戴上眼罩，跟着斯科特的声音前行。

12月31日，斯科特发出了返回的命令，所有的狗都死在了返回“发现号”的路上，但人全部活了下来。此时的温度已经达到零下55摄氏度，“发现号”已经被牢牢冻在冰中。前来援助的“早晨号”使用炸药，才把“发现号”从冰中解救出来。

1904年9月，探险队回到了朴次茅斯，引起了轰动，斯科特成为当时备受崇拜的英雄。他获得了一系列的荣誉和勋章，并因为出色的贡献和勇气被任命为海军上尉。接下来的时间，斯科特忙于公众接待、演讲和撰写探险记录。

1906年1月，斯科特重新开始了他的海军生涯，并于8月份在“凯旋号”上成为海军上校。在1907年，斯科特遇到了他一生的爱人凯瑟琳·布鲁斯，并于第2年与她成婚。在这期间，沙克尔顿又尝试单独前往南极探险，但他的队伍在距离南极点155千米的地方再次返回。南极以它神秘的魅力深深吸引着斯科特和沙克尔顿。斯科特于1910年准备第2次南极探险。