Opuściwszy Poverty Bay, Cook skierował się na południe, ale widząc jałowe wybrzeże zwrócił się na północ, opływając wyspę w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Przez dłuższy czas załoga statku nie mogła wylądować na brzegu ze względu na agresywność Maorysów, jednak Brytyjczykom i tubylcom udało się podjąć współpracę handlową. W dniach 23–29 października „Endeavour” przebywał nad Zatoką Cooka. Było to pierwsze miejsce w Nowej Zelandii, na którym udało się zatrzymać na dłużej. Podczas wyprawy „Endeavour” przepłynął przez cieśninę, nazwaną imieniem Cooka.

„Endeavour” pozostawał na wodach Nowej Zelandii przez sześć miesięcy, ale jedynie niecałe dwa miesiące stał na kotwicy w pobliżu lądu. Podczas pobytu w okolicy wysp udało się sporządzić dokładną mapę Nowej Zelandii. Cook zdołał dowieść, że Nowa Zelandia nie jest półwyspem legendarnego południowego kontynentu. Obserwując rozproszenie plemion Wysp Północnej i Południowej, Cook zwrócił uwagę na podobieństwo dialektów i języka tahitańskiego. Podczas pobytu w Nowej Zelandii Banks i Daniel Solander zebrali okazy czterystu gatunków roślin, ptaków, owadów, ryb, muszli oraz skał.