В начале декабря 1911 г. Дуглас Моусон во главе англо-австралийской исследовательской экспедиции отправился из Тасмании в Антарктиду, к Земле Адели. В его распоряжении был пароход «Аврора» под командой капитана Джона Кинга Дейвиса, плававшего раньше на «Нимроде» с Шеклтоном. Часть сотрудников, высаженная на о. Маккуори, положила его на карту и выполнила описание этого острова, впоследствии объявленного заповедником. В январе 1912 г. Моусон с группой сотрудников высадился на Землю Адели у залива Коммонуэлт (67° ю.ш., 142°41' в.д.) и остался там на зимовку. Акваторию у этого побережья материка он назвал морем Дюрвиля. По его распоряжению вторую группу зимовщиков под начальством Френсиса Уайлда (спутника Шеклтона в походе к полюсу в 1908—1909 гг.) капитан Дейвис должен был высадить в 1500 км западнее, на берег Нокса, но он не мог подойти на видимость к этому берегу из-за непроходимых льдов. Продвигаясь дальше, прямо на запад, экспедиция открыла (вторично — после Ч. Уилкса) огромный шельфовый ледник Шеклтона (8 февраля). Дейвис обогнул его и вступил в обширный залив, названный Д. Моусоном морем Дейвиса. 13 февраля (на 66° ю.ш. и 94°25' в.д.) вдали показался высокий берег — Земля Королевы Мэри. «Аврора» не могла подойти близко к этому впервые обнаруженному участку антарктической суши. Группа Уайлда высадилась на юго-западный край ледника Шеклтона, близ полярного круга (на 95° в.д.), и осталась там на зимовку более чем в 2 тыс. км к западу от Моусона. Зимой 1912 г. Уайлд обследовал побережье от 89 до 101° в.д., причем открыл на Земле Королевы Мэри (между 95 и 100° в.д.) горную цепь (до 1500 м), несколько островков в море Дейвиса (в том числе о. Дригальского) и обнаружил очень крупную колонию императорских пингвинов. В феврале 1913 г. группа Уайлда была снята «Авророй» и доставлена в Тасманию.

На Земле Адели Д. Моусон с помощью анемометра, сконструированного им еще в экспедиции Шеклтона (1907–1909 гг.), наблюдал зимние ветры неслыханной ранее силы: нередко отмечалась средняя суточная скорость ветра 44 м в секунду, а максимальная достигала 90 м в секунду. (Напомним, что скорость опустошительного урагана более 30 м в секунду: зимовщикам Земли Адели приходилось выдерживать ураган тройной силы.)

Среднюю годовую скорость ветра Моусон определил в 22,3 м в секунду (что соответствует сильному шторму); около 340 дней в году было с бурей. Здесь же он отметил величайшие в Антарктиде снегопады — 1600 мм в год (в переводе на жидкое состояние). Иными словами, группа Моусона выбрала для зимовки район, отличавшийся, как оказалось, самым суровым климатом на Земле — гораздо более суровым, чем в любом из исследованных в то время приполярных районов. В таких условиях группа провела на Земле Адели две зимовки и обследовала на лыжах и санях длинные (до 500 км) участки побережья по обе стороны от базы между 138 и 152° в.д.

10 ноября 1912 г. Моусон, лейтенант англичанин Белгрейв Ниннис и врач швейцарец Ксавер Мерц отправились в поход с собачьими упряжками на восток от бухты Коммонуэлт. За Землей Адели они открыли берег Георга V (142–154° в.д.) с ледниками Мерц и Ниннис, а также небольшим заливом Бакли. Самым восточным объектом, обнаруженным группой, оказался шельфовый ледник Джозеф-Кук (Моусон, правда, посчитал его заливом, заполненным льдом). 14 декабря на 504-м км маршрута погиб Ниннис, провалившийся с одной упряжкой и большей частью провианта в глубокую трещину, и его товарищи повернули назад. На обратном пути в начале января 1913 г. Мерц заболел и умер, после того как были съедены все собаки и оставалось очень мало провианта. Изнемогая от усталости, больной Моусон один продолжал движение через ледяную пустыню, несколько раз благополучно выбираясь из трещин. Он почти умирал с голоду, но в конце января наткнулся на гурий, под которым спасательный отряд сложил запас продуктов. Подкрепившись и отдохнув, Моусон вынужден был из-за пурги неделю просидеть в пещере; на базу он возвратился в начале февраля 1913 г. Без него приходила «Аврора», но из-за приближения зимы ушла, не забрав с собой людей, оставшихся на базе, так как они не хотели покидать в беде отсутствующих товарищей. Моусон и его спутники вернулись в Тасманию после второй зимовки на Земле Адели в начале 1914 г. Экспедиция Моусона нанесла на карту огромную (около 4 тыс. км) «дугу» антарктического побережья, связав открытия Уилкса, Дюмон-Дюрвиля, Дригальского, Скотта и свои собственные, выявив более сотни различных географических объектов; ее труды составили 22 тома.