"Rời Pittsburgh ngày hôm nay lúc 11 giờ cùng một đoàn 11 người trong đó có 7 binh sĩ, một hoa tiêu và 3 thanh niên thử thách. Ba thanh niên này đã đề nghị đi với tôi suốt cuộc hành trình."[4] Với những từ như thế được viết ngày 31 tháng 8 năm 1803, Meriwether Lewis bắt đầu ghi dòng chữ đầu tiên trong nhật ký của ông nói về cuộc hành trình thám hiểm hào hùng của họ đến Thái Bình Dương.

Lewis tuyên bố cửa sông Dubois (trên bờ phía đông của Sông Mississippi ngang phía cửa Sông Missouri) là điểm xuất pháp chính thức của cuộc thám hiểm, nhưng khoảng thời hai tháng rưỡi trôi qua để đi xuống Sông Ohio có thể được coi là thời điểm thực sự bắt đầu.

Clark đã chuẩn bị phần nhiều cho cuộc thám hiểm bằng các lá thư gởi đến Tổng thống Jefferson. He mua hai thùng lớn và năm thùng nhỏ hơn chứa đầy muối, một tấn thịt heo khô và thuốc men.

Đoàn người có 33 người bao gồm 29 cá nhân là những người tham gia tích cực trong các buổi tuyển mộ và huấn luyện, phát triển tổ chức của Đoàn thám hiểm tại vùng tập kết mùa đông 1803-1804 ở Trại Dubois, Lãnh thổ Illinois. Sau đó họ khởi hành từ Trại Dubois gần Hartford, Illinois ngày nay và bắt đầu chuyến hành trình lịch sử của họ vào ngày 14 tháng 5 năm 1804. Chẳng bao lâu sau đó họ họp mặt với Lewis tại Saint Charles, Missouri và đoàn người theo Sông Missouri đi về hướng tây. Chẳng bao lâu sau đó họ đi qua La Charrette, khu định cư cuối cùng của người da trắng trên Sông Missouri. Đoàn thám hiểm theo Sông Missouri đi qua vùng đất bây giờ là Kansas City, Missouri và Omaha, Nebraska. Ngày 20 tháng 8 năm 1804, đoàn thám hiểm mất một mạng người duy nhất khi Trung sĩ Charles Floyd mất, có lẽ vì bệnh viêm ruột thừa cấp tính. Ông được chôn cất tại Dốc đứng Floyd gần vùng đất bây giờ là Sioux City, Iowa. Trong suốt tuần cuối cùng của tháng 8, Lewis và Clark đã đến bờ rìa của Đại Đồng bằng, một nơi có nhiều nai sừng tấm, nai, bò rừng Bison, và hải ly. Đoàn thám hiểm cũng đang tiến vào lãnh thổ của người Sioux.

Bộ lạc Sioux đầu tiên mà đoàn thám hiểm gặp là Yankton Sioux. Bộ lạc này ôn hòa hơn bộ lạc lân cận xa về phía tây dọc theo Sông Missouri là bộ lạc Teton Sioux cũng còn được biết là Lakota. Bộ lạc Yankton Sioux thất vọng với những món quà gồm 5 huân chương mà họ nhận được từ Lewis và Clark, và họ đã cảnh báo cho đoàn thám hiểm biết về bộ lạc Teton Sious ở thượng nguồn. Bộ lạc Teton Sioux nhận quà của họ với vẻ thù nghịch lộ rõ. Một vị tù trưởng đã đòi lấy một chiếc xuồng của Lewis và Clark như một cái giá để trả cho việc đi qua lãnh thổ của họ. Lewis and Clark chuẩn bị đánh trả khi thấy người bản thổ trở nên càng nguy hiểm. Ngay giây phú cuối cùng trước khi cuộc chiến bùng nổ, cả hai bên đều sựng lại. Người Mỹ nhanh chóng tiếp tục đi về hướng tây (thượng nguồn) cho đến khi mùa đông đến khiến họ dừng bước tại lãnh thổ của bộ lạc Mandan.

Mùa đông năm 1804–05, đoàn thám hiểm xây Đồn Mandan gần Washburn, North Dakota ngày nay. Trong suốt mùa đông năm đó, đoàn thám hiểm gần như luôn có được mối quan hệ tốt đẹp với bộ lạc người bản thổ Mandan sống bên cạnh đồn. Chính tại Đồn Mandan, Lewis và Clark đã thuê mướn được một người đánh bẫy nói tiếng Pháp tên là Toussaint Charbonneau. Người vợ trẻ thuộc bộ lạc Shoshone của ông này tên là Sacagawea đã thông dịch cho đoàn thám hiểm giữa bộ lạc Shoshone và bộ lạc Nez Perce.

Tháng tư năm 1805, một số thành viên của đoàn thám hiểm được phái về từ lãnh thổ của bộ lạc Mandan. Những người được phái về có mang theo một bản báo cáo về những gì mà Lewis và Clark đã khám phá. Bản báo cáo liệt kê 108 loài thực vật và động vật (mang theo đoàn người trở về còn có các động vật sống), 68 mẫu khoáng chất, và bản đồ Hoa Kỳ do Clark vẽ. Các mẫu vật được gởi về cho Tổng thống Jefferson từng giai đoạn, trong đó có một con chó đồng bằng còn sống được gởi trong một cái thùng đến Jefferson.

Đoàn thám hiểm tiếp tục theo Sông Missouri đến thượng nguồn và cưỡi cởi lên Phân tuyến Lục địa ở Đèo Lemhi. Bằng xuồng, họ đi xuống vùng núi qua Sông Clearwater, Sông Snake, và Sông Columbia, vượt qua Thác Celilo và đi ngang qua vùng đất mà bây giờ là Portland, Oregon. Tại đây, Lewis nhìn thấy Núi Hood, một ngọn núi rất gần đại dương. Clark khắc chữ vào một cây thông lớn:"William Clark ngày 3 tháng 12 năm 1805. Bằng đường bộ từ Hoa Kỳ trong năm 1804 và 1805"[5]

Clark có viết trong nhật ký của mình, "Ocian [sic] in view! O! The Joy!" (Đại dương trong tầm mắt! Ôi! vui mừng). Nhật ký cũng có ghi "Mũi Thất vọng nằm ở Cửa Sông Columbia trong Đại Nam Hải hay Thái Bình Dương".[5] Vào thời gian này đoàn thám hiểm đối diện với mùa đông lạnh giá thứ nhì trong suốt chuyến đi, vì vậy đoàn người quyết định biểu quyết xem là cắm trại ở phía nam hay phía bắc Sông Columbia. Đoàn người đồng thuận cắm trại bên bờ phía nam của con sông (ngày nay là Astoria, Oregon), xây Đồn Clatsop như là nơi tránh mùa đông của họ. Trong lúc trú đông tại đồn, đoàn người chuẩn bị cho chuyến trở về bằng cách đun sôi nước biển để lấy muối, săn nai sừng tấm và các thú hoang, và tiếp xúc với các bộ lạc người bản thổ. Mùa đông năm 1805-06 có rất nhiều mưa và đoàn người rất khổ sở để tìm thức ăn thích hợp. Họ không ăn được nhiều cá hồi Thái Bình Dương vì loài cá này chỉ trở về các con sông để sinh sản vào những tháng hè.

Các nhà thám hiểm bắt đầu cuộc hành trình về nhà vào ngày 23 tháng 3 năm 1806. Trên đường về, Lewis và Clark dùng bốn xuống độc mộc mà[6] họ mua của những người bản thổ Mỹ, cộng một chiếc lấy cắp để "trả đũa" vì bị đánh cắp khi trước. Non một tháng sau khi rời Đồn Clatsop, họ bỏ xuồng vì đi xuồng quanh các dòng thác cho thấy là quá khó khăn.

Ngày 3 tháng 7, sau khi vượt qua Phân tuyến Lục địa, đoàn thám hiểm chia thành hai nhóm để Lewis có thể thám hiểm Sông Marias. Nhóm của Lewis có bốn người gặp những người bản thổ Blackfeet. Lúc gặp mặt hai bên tỏ vẻ thân thiện nhưng về đêm thì người Blackfeet tìm cách đánh cắp vũ khí của nhóm thám hiểm. Trong lúc ẩu đả, hai người bản thổ bị giết chết. Đây là những cái chết duy nhất của người bản thổ có liên quan đến cuộc thám hiểm này. Nhóm bốn người: Lewis, Drouillard, và anh em họ Field đào thoát trên 100 dặm (160 km) trong 1 ngày trước khi họ dừng lại cắm trại. Trong lúc đó Clark vào đến lãnh thổ Crow. Bộ lạc Crow được biết đến là những người ăn trộm ngựa. Vào ban đêm, phân nửa số ngựa của Clark bị biến mất nhưng không có một người Crow nào bị tìm thấy. Lewis và Clark vẫn tiếp tục đi trong hai nhóm khác nhau cho đến khi họ tới nơi hợp lưu của Sông Yellowstone và Sông Missouri ngày 11 tháng 8. Nhóm của Clark thả xuống các con sông trên những chiếc xuồng. Trong lúc hội ngộ nhau, một trong các thợ săn của Clark tên Pierre Cruzatte, bị mù một mắt và một mắt kia bị cận, đã tưởng lầm Lewis là một con nai sừng tấm và bắn Lewis bị thương ở đùi. Từ nơi đó, hai nhóm nhập lại và cùng nhau nhanh chóng theo Sông Missouri trở về. Họ đến St. Louis ngày 23 tháng 9 năm 1806.

Đoàn thám hiểm trở về cùng với những thông tin quan trọng về lãnh thổ mới của Hoa Kỳ và các dân tộc sống trong lãnh thổ cũng như các con sông, núi non, thực vật và động vật. Đoàn thám hiểm đã đóng góp chính yếu vào việc vẽ bản đồ lục địa Bắc Mỹ.