В 1809 г. португало-бразильское правительство пригласило на службу немецкого горного инженера Вильгельма Эшвеге, осевшего в стране. Он положил начало геологическому изучению провинций Сан-Паулу и Минас-Жерайс, где золотые россыпи, казалось, истощились. Эшвеге установил, что в горах Серра-ду-Эспиньясу есть еще нетронутые золоторудные месторождения и алмазные россыпи. Он собрал материалы, позволявшие выяснить характерные черты этой системы кряжей — меридионального водораздела (до 2107 м), к востоку от верховьев р. Сан-Франсиску примерно на 700 км между 21°30' и 14°30' ю.ш.

В 1817 г. в Бразилии начала работать так называемая Австро-баварская научная экспедиция, среди участников которой особо выделились два баварца — ботаник Карл Мартиус и зоолог Иоганн Спикс. Первые два года они путешествовали в обжитой или часто посещаемой восточной полосе Бразильского плоскогорья. Но они оказались первыми широко образованными специалистами, изучавшими географию, флору и фауну всего бассейна Сан-Франсиску и прилегающих районов плоскогорья.

С июля 1819 г. по июнь 1820 г. баварцы путешествовали по Амазонской низменности, почти необжитой и слабо изученной. Они поднялись по Амазонке до устья р. Жапуры и в поселке Тефе разлучились. Мартиус поднялся по Жапуре до порогов, близ 72° з.д., где река после выхода на равнину течет вдоль уступа плоскогорья, с запада примыкающего к Андам. И ему после плавания через бескрайнюю низменность один из холмов на уступе показался горой. Спикс же поднялся по Амазонке до устья р. Жавари. Соединившись в Тефе, они оба спустились по Амазонке до Белена. Хотя и на Амазонке у них были предшественники, Мартиус и Спикс внесли новое в географию реки: они дали первое описание цепи левобережных плосковершинных, крутосклонных холмов между устьями Тапажоса и Шингу и угадали, что это самые южные отроги Гвианского плоскогорья. Во время четырехлетнего путешествия они собрали большие коллекции. На родине они вместе подготовили три тома сводного труда «Путешествие в Бразилию» (Мюнхен, 1823—1831 гг.), но третий том написан одним Мартиусом — Спикс умер в 1826 г.

Два других выдающихся участника Австро-баварской научной экспедиции вместе проехали к верховьям Токантинса и там разлучились. Чех Йохан (Ян) Эммануэль Поль проследил большую часть течения Токантинса — от 16 до 7° ю.ш. Австриец Иоганн Наттерер проник через верховья р. Арагуаи в провинцию Мату-Гросу, пересек ее в широтном направлении до Гуапоре и, следуя вниз по ней, Маморе и Мадейре, достиг Амазонки, обогнув, таким образом, с запада Бразильское плоскогорье.

В 1822—1829 гг. в Бразилии проводила исследования Русская комплексная экспедиция, возглавлявшаяся (с 1821 г.) академиком Григорием Ивановичем Лангсдорфом. Работа развернулась в 1826 г., когда ее участники прошли от средней Параны до верхнего Парагвая старым торговым путем в Мату-Гросу: от западной границы провинции Сан-Паулу вверх по Риу-Парду и Иньяндуи (система Параны), затем через гряду Серра-ди-Маранажу вниз по Миранде до Парагвая и вверх по Парагваю и Куябе до города Куябы, у 56° з.д. Здесь они провели почти год, собирая коллекции на плато Мату-Гросу.

В 1827 г. Лангсдорф разделил экспедицию на два отряда. Один возглавил ботаник Людвиг Ридель. Он в 1828 г. обогнул с запада Бразильское плоскогорье путем Наттерера и через Белен добрался до Рио-де-Жанейро, пройдя по бразильским рекам более 6000 км. Лангсдорф и молодой штурман Нестер Гаврилович Рубцов в качестве астронома перешли от Куябы на север через малозаметный водораздел к верховью р. Аринуса, который вывел их на Журуэну, та — на Тапажос, а по нему они спустились к Амазонке (1828 г.). Это было первое меридиональное пересечение западной части Бразильского плоскогорья европейскими учеными, преодолевшими около 20 порогов и водопадов, и первое исследование р. Тапажоса от одного из его истоков Аринуса до устья (около 2000 км). На Тапажосе Лангсдорф заболел острой формой тропической малярии, вызвавшей неизлечимое психическое заболевание. Отряд вернулся в Рио-де-Жанейро через Белен, пройдя по рекам около 5 тыс. км. Лангсдорфа доставили в Германию, где он прожил еще более 20 лет. Рубцов, также болевший тропической малярией, смог обработать и опубликовать лишь часть материала, собранного экспедицией; три его рукописи пропали и до сих пор не найдены. И верхний бассейн Тапажоса оставался «белым пятном» до 1860 г., когда Уильям Чандлесс (см. ниже) положил на карту Журуэну и Аринус.

Еще более широким территориальным размахом отличалась французская правительственная комплексная экспедиция 1843—1847 гг. под начальством Франси Кастельно. Высадившись в Рио-де-Жанейро, она дошла до верховьев Арагуаи (16° ю.ш.), спустилась по ней до устья близ 5° ю.ш. и поднялась по Токантинсу до его верховьев, закончив, таким образом, исследование его бассейна. Оттуда Кастельно направился на запад — к плато Мату-Гросу и у 14° ю.ш. точно установил истоки р. Парагвай. Двигаясь затем на юго-запад и сознательно выбрав самый трудный маршрут, он пересек область Гран-Чако, следуя через заболоченные участки, степи, саванны, заросли кустарников, «светлые», сбрасывающие листву, и вечнозеленые леса. Поднявшись на Центрально-Андийскую Пуну, экспедиция перевалила Перуанские Анды и вышла к Тихому океану у Лимы. Кастельно не удовлетворился этим беспримерным пересечением материка: его предшественники в основном плыли по рекам системы Амазонки, а французы преодолевали неразведанные пространства верхом на лошадях или пешком. От Лимы экспедиция повернула обратно на восток, к городу Куско, близ которого протекает р. Урубамба, одна из составляющих Укаяли. Вниз по долине Урубамбы и Укаяли Кастельно прошел до места, где она становится судоходной, а затем спустился по Укаяли — Амазонке до устья, завершив двойное пересечение материка и пройдя при этом более 18 тыс. км. К сожалению, часть дневников участников экспедиции утеряна.