В 1736 г. Парижская Академия наук организовала две экспедиции для измерения дуги меридиана с целью установить истинную фигуру Земли: одну — к Северному полярному кругу, в Лапландию, другую — к экватору, в район Кито. Начальником Экваториальной экспедиции был назначен адъюнкт Шарль-Мари де ла Кондамин, благодаря его связям, а научным руководителем — академик Пьер Бугер (Буге). Между ними происходили постоянные трения, и далеко не всегда виновником был П. Бугер, которому биографы Ш. М. Кондамина приписывают «тяжелый характер». Испанское правительство прикомандировало к экспедиции двух военных моряков — Хорхе Хуан-и-Сантасилья и Антонио Ульоа — с заданием помогать французам и составить секретный отчет о состоянии колонии.

Экспедиция доехала до северного берега Панамы, пересекла перешеек и от Панамского залива перешла морем в бухту Манта (у 1° ю.ш.). Здесь остались Ш. М. Кондамин и П. Бугер, а остальные направились в Гуаякиль. Встретиться условились в Кито. К северу от Манты, в районе мыса Пасадо, к Кондамину присоединился местный богатый землевладелец креол Педро Висенте Мальдонадо, географ и картограф-любитель, хорошо ознакомивший его с тихоокеанским склоном Западной Кордильеры и с Экваториальными Андами. В одном из маршрутов (май — июнь 1736 г.) Ш. М. Кондамин познакомился с каучуком, получаемым из млечного сока (латекса) бразильской гевеи, дикорастущего вечнозеленого дерева семейства молочайных. Из каучука он сформовал защитный чехол для своего квадранта, а по возвращении в Париж первый продемонстрировал европейцам возможности этого продукта южноамериканских лесов.

Требовалось измерить трехградусную дугу меридиана, пересекающую экватор в высокогорном районе Кито. Триангуляционные работы были развернуты в июле 1737 г., а закончены в июне 1739 г. Но только в марте 1743 г. П. Бугер и Ш. М. Кондамин произвели одновременные астрономические наблюдения в северной и южной точках намеченного меридиана и благодаря этому «получили… возможность установить точно и неопровержимо действительную протяженность дуги меридиана в три градуса» (Ш. М. Кондамин). Затем сотрудники-враги расстались до новых стычек в Париже. П. Бугер проехал на север до Боготы, по р. Магдалене достиг моря и вернулся во Францию.

Кондамин избрал путь вниз по Амазонке: с помощью П. Мальдо-надо он снял копию с карты П. Фрица, а влиятельный иезуит дал ему рекомендательные письма к амазонским миссионерам. П. Маль-донадо спустился от Кито по р. Пастаса к р. Мараньону и произвел первую опись этой реки (длина более 800 км). Ш. М. Кондамин же в июне — июле 1743 г. от г. Лоха (4° ю.ш.) прошел 30 км к истоку р. Чинчипе и на бальсовом плоту со слугой-негром сплыл по р. Чинчипе и Мараньону до миссии Борха, расположенной за тесниной Мансериче, на Амазонской низменности. Получив там каноэ с гребцами, Ш. М. Кондамин 26 июля добрался к устью р. Укаяли, где соединился с П. Мальдонадо.

Единственной «опасностью» на Амазонке могла быть скука. Ее Ш. М. Кондамин избежал, заранее решив составить карту Амазонки и «…тем самым избавил себя от роли пассивного зрителя…». В устье р. Напо Кондамин произвел астрономическое наблюдение и довольно точно определил координаты места. Это дало ему и П. Мальдонадо основу для исправления карты П. Фрица и составления более верной карты Солимойнса и нижней Амазонки. А для верхней Амазонки, кроме материалов П. Фрица и своих собственных, они использовали карты иезуитов, действовавших на громадной территории Перуанского Востока — в Лорето. В середине сентября 1743 г. они достигли Белена, а в начале 1745 г. — Франции.

П. Мальдонадо был избран членом ряда европейских научных учреждений, в том числе Лондонского Королевского общества в 1748 г. В том же году 40-летний креол заразился в Лондоне корью и умер. Ш. М. Кондамин и П. Бугер в разные годы опубликовали полемически заостренные друг против друга отчеты о результатах работ по градусному измерению. В 1751 г. Ш. М. Кондамин издал «Дневник путешествия к экватору», в 1752–1754 гг. — два приложения к нему. В этом труде он поместил, кроме личных наблюдений, значительный этнографический материал об амазонских индейцах, переданный ему миссионерами.