В декабре 1856 г. путешественники прибыли на остров Занзибар, где наняли караван носильщиков. Из порта Багамойо они вышли в июне 1857 г. и достигли подножия гор Усагара, потом углубились в долину реки Мкондоа, а в ноябре прибыли в город Табора, где больше месяца отдыхали и набирались сил.
Потом они отправились на запад и вышли к реке Ма-лагараси, а следуя вдоль её берегов, оказались у озера Танганьика. К этому моменту оба путешественника заболели малярией и неизвестной науке болезнью глаз.
Путешественники остановились в селении Кавеле (ныне Уджиджи), а потом исследовали северную часть озера Танганьика в поисках истока реки Нил. Однако рек вытекающих из озера, они не обнаружили и в мае 1858 г. отправились в обратный путь.
В Таборе экспедиция задержалась из-за болезни Бёртона, а Спик отправился на поиски другого озера и вышел к нему в июле 1858 г. Это было озеро Виктория, и Спик не сомневался, что именно там река Нил берёт своё начало.
В феврале 1859 г. Бёртон и Спик вернулись на берег Индийского океана, а потом вернулись в Англию. Между попутчиками возникли разногласия, приведшие к серьёзной ссоре.
Научный отчёт Бёртона и его двухтомная книга «Озёрные области Центральной Африки» стали ценным вкладом в науку, а позднее Спик издал свою работу «Что привело к открытию истока Нила». Бёртон также издал книгу «Занзибар: город, остров и побережье».
Сразу после совместной экспедиции со Спиком Бёртон отправился в Северную Америку и посетил все штаты, а в штате Юта задержался для изучения коренного населения континента – индейцев. Он также побывал в городе мормонов Солт-Лейк-Сити, где наблюдал жизнь этой секты и встречался с её главой. Впоследствии Бёртон в язвительной форме рассказал об этой секте в книге «Город святых».
В 1861 г. Бёртон был назначен британским консулом на остров Фернандо-По.
Занимая эту должность в течение полутора лет, он совершил множество поездок: обследовал дельту реки Нигер, совершил восхождение на пик Виктория, побывал у каннибалов в низовьях Конго, путешествовал по другим районам западного побережья Африки. Он издал несколько объёмистых книг о своих поездках.
В 1864 г. Бёртон вернулся в Англию, а потом отплыл в Бразилию – он получил должность консула в одном из городов.
Также он переводил индийские сказки на английский язык, пытался торговать хлопком и кофе, вкладывал деньги в разработку месторождений золота, но эти коммерческие предприятия принесли ему одни убытки.
Бёртон предпринял четырёхмесячное путешествие в глубь Бразилии, а затем отправился на юг, где в тот момент Бразилия, Аргентина и Уругвай вели войну с Парагваем. В Буэнос-Айресе он начал готовиться к новому путешествию – в Патагонию.
Несмотря на плохое состояние здоровья, подорванного болезнями и регулярным употреблением