Năm 1634 Tasman được bổ nhiệm là người chỉ huy phó trong chuyến thám hiểm vùng bắc Thái Bình Dương. Đội thuyền gồm hai chiếc: Heemskerck và Zeehaen. Sau nhiều cam go đoàn thám hiểm đến được Formosa (nay là Đài Loan) vào tháng 11, với 40 thuỷ thủ trong thuỷ thủ đoàn 90 người chết. Những chuyến đi tiếp theo tới Nhật Bản vào các năm 1640 và 1641 và tới Palembang miền nam của Sumatra vào năm 1642. Ông đã có được mối quan hệ buôn bán thân thiện với vị sultan ở đó. Tháng 8 năm 1642 Tasman được cử chỉ huy chuyến thám hiểm mang tên "Đất phương Nam bí ẩn". Chuyến đi này dự định đi đến nam Thái Bình Dương, nhưng đã không đến được ngay. Tasman đã đến Mauritius trước tiên, một điều khá kì lạ với chúng ta ngày nay. Nguyên nhân do các thuyền của Tasman là thuyền buồm và con đường tốt nhất từ nơi này tới nơi khác trên biển thường không phải là theo đường thẳng. Một nguyên nhân quan trọng hơn là hướng gió. Tasman có kiến thức về các hướng gió chính và do đó ông đã chọn Mauritius là nơi chuyển hướng cho chuyến đi. Từ đây đoàn đi theo một lộ trình được định sẵn và dự định tới bờ biển phía nam của Úc. (Người Hà Lan đã biết đến bờ biển phía tây của lục địa này, nhưng chưa biết hình dạng bờ phía nam.)

Tasmania

Vào ngày 24 tháng 11 năm 1642 Tasman quan sát thấy bờ biển phía tây của Tasmania gần với cảng Macquarie. Ông đặt tên cho nơi đây là Vùng đất Van Diemen (mang tên của Anthony van Diemen, thống đốc vùng Đông Ấn Hà Lan bấy giờ). Đi lần theo hướng nam ông đến được cực nam của Tasmania và quay lên vùng đông bắc cho đến Mũi Frederick Hendrick tại bán đảo Forestier. Đoàn không cập bờ được do biển động, nhưng một thợ mộc đã bơi được vào bờ và cắm cờ trên đất liền. Tasman đã đặt được chủ quyền (của Hà Lan) với vùng đất vào ngày 3 tháng 12 năm 1642.

New Zealand

Tasman có ý định đi tiếp lên hướng bắc, nhưng vì ảnh hưởng của gió nên phải chuyển sang hướng đông. Vào ngày 13 tháng 12 đoàn thám hiểm trông thấy vùng đất ở bờ biển phía tây bắc của đảo Nam, một trong hai đảo chính của New Zealand. Sau vài thăm dò ban đầu ông neo thuyền lại bờ phía đông, và chín ngày sau là người châu Âu đầu tiên nhìn thấy New Zealand, mà ông đặt tên là Staten Landt vì tưởng rằng nó nối với đảo Staten ở Argentina tại phía nam của Nam Mỹ. Một con thuyền trong đoàn khi tiến lên hướng bắc và đông đã đụng độ với người Māori và bốn thuỷ thủ đã bị giết. Tài liệu gần đây cho thấy một số thuỷ thủ đã cập bờ vào ngày 18 tháng 12 năm 1642. Tasman đặt tên cho nơi này là "Vịnh Sát nhân" (tiếng Hà Lan: Moordenaarsbaai, ngày nay là Vịnh Golden) và tiếp tục tiến về phía bắc, nhưng nhầm eo biển Cook là một cái vịnh (đặt tên là "vịnh Zeehaen"). Hai cái tên mà ông đặt cho các địa danh tại New Zealand nay vẫn còn tồn tại: Mũi Maria van Diemen và quần đảo Ba vua.

Chuyến quay về

Trên đường quay về Batavia, Tasman đi ngang qua quần đảo Tonga vào ngày 21 tháng 1 năm 1643. Khi qua quần đảo Fiji tàu của Tasman suýt bị chìm khi va phải dải san hô tại phía đông bắc của Fiji. Ông đã vẽ lên bản đồ phần phía đông của Vanua Levu và Cikobia trước khi tiếp tục trở về. Cuối cùng ông đến tây bắc New Guinea và trở về Batavia vào ngày 15 tháng 6 năm 1643.