Королевское Географическое общество окружило его почестями и наградило золотой медалью, издание путевых заметок принесло ему состояние. Британская буржуазия не только проявила расположение к миссионеру, но и оказала ему политическую поддержку. Сама королева Виктория назначила ему аудиенцию. Когда в мае 1858 года Давид Ливингстон возвратился на Замбези, он был уже не миссионером, а британским консулом в Мозамбике. Правительство поручило ему изучить глубинные районы континента, установить контакты с местными правителями и уговорить их заняться выращиванием хлопка. Став консулом, Ливингстон занялся научно-исследовательской работой. Он поставил своей целью доказать, что Лиамбье и Замбези – одна и та же река.
Вместе с женой, сыном и братом Чарлзом Ливингстон на небольшом пароходике, доставленном к устью Замбези в разобранном виде из Англии, отправился вверх по реке. На этот раз экспедиция щедро финансировалась британским правительством. В отряд также вошли Джон Керк – ботаник и врач, Ричард Торнтон – геолог, Томас Бейнс – художник и еще несколько европейцев.
В Тете Ливингстон вновь встретился с верными макололо. Правда, 30 из них за это время умерли от оспы, но остальные снова отправились в путь вместе с ним. Экспедиция с трудом продвигалась вверх по реке, но вскоре наступило разочарование. Пороги Кебрабаса оказались непреодолимыми, и пароход повернул на Шире, северный приток Замбези. Местные жители говорили, что Шире вытекает из огромного озера, которое даже на быстроходных лодках можно переплыть лишь за полтора дня. Но затем путь вновь преградили водопады. В честь президента Географического общества Ливингстон назвал их водопадами Мёрчисона. Он обошел препятствие и 18 апреля 1859 года открыл среди высоких гор озеро Ширва, не имеющее стока. Конечно, это было не то водное пространство, о котором ему рассказывали, но запасы провизии подошли к концу, и экспедиция вынуждена была повернуть назад.
Через четыре месяца Ливингстон вновь направился в верховья Шире. 16 сентября 1859 года экспедиция вышла к озеру Ньяса, достигающему 500 километров в длину и более чем 50 километров в ширину. Ливингстон выяснил, что озеро имеет глубину более 200 метров (по последним данным – до 706 метров). Это было то самое озеро, о котором Ливингстону рассказывали на Замбези. Но на сей раз ему удалось увидеть только его южную оконечность. К сожалению, пароход, днище которого дало течь, явно не подходил для плавания по озеру, где часто случаются штормы. Поэтому Ливингстон вместе с макололо, решившими вернуться домой, поплыл вверх по Замбези.
Британское правительство оснастило пароходы «Пионер» и «Леди Ньяса» с целью заложить миссионерские поселения на плоскогорьях вокруг озера Ньяса. На этих судах Ливингстон в марте 1861 года и затем в сентябре 1862 года исследовал впадающую в Индийский океан реку Рузума на северной границе колонии, так как предполагалось, что река имеет связь с озером Ньяса. Во втором плавании Ливингстон и его спутники поднялись по Рувуме примерно на 250 километров, пока путь пароходу не преградил скалистый порог.
В сентябре 1861 года Ливингстон вновь побывал на озере Ньяса и прошел по западному берегу. Его брат Чарлз следовал на лодке вдоль того же побережья. По результатам съемки Ливингстон составил первую сравнительно верную карту Ньясы: водоем вытянулся почти по меридиану на 400 километров (истинная длина оказалась значительно больше – 580 километров).
Давид Ливингстон занялся исследованием южного и западного берегов озера Ньяса.
27 апреля 1862 года умерла Мери Моффет-Ливингстон, болевшая тропической малярией. Брат Дэвида Чарлз, до тех пор участвовавший в экспедиции, вынужден был вернуться назад из-за затяжной дизентерии. Кажется, «Ищущего реки» повсюду подстерегали неудачи. Все же Ливингстон продолжил путешествие до конца 1863 года и выяснил: отвесные берега озера, казавшиеся горами, в действительности представляют собой края высоких плоскогорий.
Поскольку Шире была еще недостаточно полноводной для обратного пути, Ливингстон решил использовать ближайшие месяцы для новой экспедиции на западный берег озера Ньяса. Оттуда он двинулся в глубь страны, так как услышал, что там находится много озер, из которых берут начало могучие реки. И действительно, плато к западу от Ньясы оказалось водоразделом. Вопрос, приведут ли реки, текущие на север, к Нилу или Конго, так и остался без ответа. Министерство иностранных дел недвусмысленно сообщило, что жалованье членам экспедиции будет выплачиваться только до конца 1863 года. В январе 1864 года Ливингстон на «Пионере» покинул Шире и в апреле-мае на собранной «Леди Ньяса» переправился из Занзибара в Бомбей.
Географические результаты экспедиции были велики. Ливингстон заснял непрослеженные им ранее участки течения Замбези и окончательно доказал, что это та самая река, которая в верховьях известна под названием Лиамбье. На карту были с достаточной точностью нанесены озеро Ньяса и река Шире, озеро Ширва, нижнее течение Рувумы.
В 1865 году Ливингстон выпустил книгу «Рассказ об экспедиции на Замбези и ее притоки и об открытии озер Ширва и Ньяса в 1858–1864 гг.». В Лондоне с удовольствием внимали его лекциям об уме и трудолюбии африканцев. Однако средства для новой экспедиции ему пришлось искать самому.
Ливингстон продал «Леди Ньяса» и большую часть состояния потратил на оснащение новой экспедиции. В январе 1866 года Ливингстон вновь ступил на африканскую землю, однако, вопреки своим прежним привычкам, он целый год не давал о себе знать, и уже в 1867 году его сочли пропавшим без вести.
Но ученый в это время с многочисленным караваном носильщиков (индийские и арабские купцы внесли свою долю в предприятие) уже побывал в долине реки Рувумы, обогнул с юга и запада озеро Ньяса, затем, взяв направление на северо-запад, переправился через две крупных реки: Лвангву и Чамбеши, разделенные горным кряжем Мучинга. Местные жители сказали ему, что Чамбеши вливается в «очень большое озеро».
1 апреля 1867 года он достиг южного побережья Танганьики (местное название Льемба). Озеро длиной 650 километров с водой лазурного цвета является частью Центрально-африканского вулканического разлома, к которому относятся и озера Ньяса, Киву, Эдуард и Мобуту-Сесе-Секо. Экспедиция достигла его в том месте, где водную гладь окружают буйные леса, резко контрастирующие с серыми и красными песчаниковыми скалами. За озером на тогдашних картах Африки начинались обширные «белые пятна».
Весь переход от побережья до Танганьики был полон трудностей и неудач. Индийские солдаты-сипаи отказались идти в неизведанные глубины Африки. Часть носильщиков сбежала, захватив с собой различное экспедиционное имущество, в том числе ящик с медикаментами, что было для путешественника настоящей катастрофой. Ливингстон вынужден был прибегнуть к помощи арабо-суахильских торговцев невольниками и слоновой костью. Много лет Ливингстон болел малярией и к этому времени так ослабел и исхудал, что большую часть пути его пришлось нести на койке. Тем не менее он продолжил исследование.
