По Парижскому договору 1803 г. Наполеон I продал США Луизиану, иначе говоря — бассейн Миссисипи, формально принадлежавший Франции, площадью около 2,3 млн. км² за 60 млн. франков. Территория Луизианы была очень слабо освоена и еще слабее исследована — границы ее на западе совершенно неясны, так как оставались почти неизученными Скалистые горы и лежащие за ними на запад тихоокеанские области. Границу на севере между Французской Луизианой и Британской Центральной и Западной Канадой, где большую активность проявляли агенты англо-канадской Северо-Западной компании, еще не проводили. Для исследования бассейна Миссури и отыскания лучшего водного пути к Тихому океану президент Томас Джефферсон приказал организовать экспедицию, начальником которой назначил своего секретаря офицера Мэриуотера Льюиса. Помощником себе Льюис выбрал товарища по военной службе Уильяма Кларка. Кроме географических заданий, им поручалось собрать этнографические сведения о западных индейских племенах. Джефферсон предоставил Льюису полную свободу в выборе маршрута, так как не исключались вооруженные столкновения с индейцами, подстрекаемыми английскими агентами.

Экспедиция выступила из Вашингтона летом 1803 г. и прошла на запад до Миссисипи. Зимовала она против устья Миссури, а в середине мая 1804 г. начала плавание вверх по Миссури на шлюпке и двух больших челнах. В своих поденных записях Льюис и Кларк отмечали обилие дичи по берегам (включая бобров, мясистые хвосты которых считались деликатесом), а также крупные стада оленей и бизонов. В начале декабря, покрыв более 2,5 тыс. км, экспедиция остановилась на вторую зимовку, основав форт. С манданами, местными индейцами, по инструкции Джефферсона, американцы обращались хорошо и установили дружественные отношения. К весне 1805 г. они построили шесть небольших челнов, так как крупные могли оказаться непригодными в верховьях Миссури. Проводницей, советчицей американцев и переводчицей в этом совершенно неисследованном районе стала молодая индианка-горянка Сакаджавеа, отличавшаяся, по словам руководителей экспедиции, выдающимся умом и независимым характером. (С грудным ребенком на руках она сама пришла к путешественникам и привела своего мужа, французского «лесного бродягу».)

На малых челнах в начале апреля экспедиция направилась вверх по Миссури и к середине июня достигла «Больших водопадов» (Грейт-Фолс), на обход которых ушло около месяца. На западе

Льюис увидел заснеженные пики горного хребта, позднее получившего его имя. В конце июля у 46° с.ш. американцы открыли все три составляющие Миссури: самый западный и крупный они нарекли р. Джефферсон, средний — Мадисон и восточный — Галлатин (в честь видных сторонников Т. Джефферсона).

По долине р. Джефферсона отряд Льюиса прошел на лошадях к его верховью (10 августа). Больной Кларк во главе «речного отряда» прибыл туда через неделю на челнах-однодеревках. Таким образом, Льюис и Кларк проследили все течение Миссури — от ее устья до главного истока (от 3970 до 4740 км — по разным данным). Следуя оттуда на запад по индейским тропам и перевалив хребет Биттеррут, они вышли к р. Клируотер, притоку Снейка (система Колумбии). Вниз по долинам этих рек и но Колумбии, пролагающей себе путь к морю через ущелье в Каскадных горах, они достигли ее устья 15 ноября 1805 г., сменив по дороге лошадей на индейские челны.

Завершив пересечение территории США с востока на запад, путешественники перезимовали в устье Колумбии и 23 марта 1806 г. вышли в обратный путь, причем Кларк, временно разлучившись с Льюисом, проследил среднее и нижнее течение р. Йеллоустона, крупнейшего притока Миссури (около 1600 км). 23 сентября 1806 г. экспедиция вернулась к устью Миссури.

Льюис и Кларк первыми дали полноценное описание природы бассейна р. Миссури. По материалам экспедиции были составлены две карты, причем на второй, более детальной, впервые появилось изображение трех меридиональных хребтов, включая Биттеррут, и междуречья Йеллоустон-Бигхорн.