Trong bài "Đoàn thám hiểm sông Mekong, 1866-1868: sự cạnh tranh giữa Anh và Pháp ở Đông Nam Á" tác giả John Keay cung cấp một hình ảnh sống động của đoàn ngày khởi hành: "Trong hai pháo hạm chạy hơi nước cỡ nhỏ, với số lượng lớn rượu, bột mỳ, súng và hàng hóa thương mại, cộng với cả những cái bẫy của một đoàn thám hiểm khoa học lớn, đoàn xuất phát từ bờ sông Sài Gòn và đi lên thượng nguồn màu xanh lá cây chưa hề biết đến, ngày 05 tháng 6 năm 1866."[20]

Vòng vào hồ Tonle Sap, điểm dừng chân đầu tiên đoàn đã gặp các di tích cổ của Angkor, kỳ quan mà Henri Mouhot đã mô tả đầu tiên trong cuốn sách nhỏ của mình năm 1861. Các di tích đền thờ - "một điểm sáng cho các thành viên đoàn thám hiểm - phục vụ như là một điểm nhấn quan trọng về sự ghi nhớ cho cuộc thám hiểm là sự khám phá đã tạo ra một đam mê phổ biến xung quanh triển vọng của một nền văn minh cổ đại mới được phát hiện ở vùng Viễn Đông."[21][22]

Tuy nhiên đoàn đã thất vọng sớm sau khi rời di tích đền thờ, vì chỉ một vài ngày sau đó họ gặp thách thức lớn: Các ghềnh ở Sambor phần thượng lưu Kratié, Prépatang và Thác Khone ở Nam Lào, nơi có cụm ngàn đảo Si Phan Don, và sông thì chia thành nhiều dòng với thác ghềnh ghê gớm và dòng chảy đục.[19]

Tại Thác Khone đoàn nhận ra rằng bất kỳ tàu hơi nước vận chuyển hàng hóa nào cũng không thể lưu thông qua đoạn sông này, và các thuyền đã phải để lại. Tuy nhiên, đoàn đã dành một tuần nghiên cứu thác, hy vọng tìm được một điểm mà một tàu sông cỡ trung bình có thể vượt qua dòng nước đục, hay cách khác nào đó để lập ra một kênh âu thuyền khả thi. Tuy nhiên Garnier thấy đây là một dòng sông "chỉ đơn giản là không hợp tác", và kết luận: "Tương lai của quan hệ thương mại nhanh chóng trên con sông rộng lớn này, các tuyến đường tự nhiên từ Trung Quốc đến Sài Gòn, trong đó tôi đã mơ đến tối hôm trước, nay xuất hiện... (là khó) với tôi." Trước đó trưởng đoàn Doudart de Lagrée đã biết từ Triều đình Campuchia, rằng thượng nguồn là một chuỗi các ghềnh, giữa Pak Mun và Khemmarat[lower-alpha 1], dài khoảng một trăm cây số, được gọi là ghềnh Tang-Ho hoặc Thác Khemmarat, nơi con sông tạo thành biên giới giữa hiện nay của tỉnh Ubon Ratchathani, Thái Lan và tỉnh Savannakhet, Lào.[23][24][25][26]

Mặc dù gặp thác ghềnh, đoàn thám hiểm tiếp tục đi lên thượng nguồn, vào Vân Nam, Trung Quốc. Sự chú ý đã chuyển hướng sang thu thập tư liệu khoa học, khảo sát và ghi chú về địa hình, địa lý hình thái, nhân khẩu học và quan sát xã hội ở thung lũng sông. Nó cũng làm rõ rằng không có sự liên kết giữa sông Mekong với sông Mê Nam (Meïnam, hay sông Chao Phraya) như trước đó đã hiểu sai.

Tại Hui-tse, phía nam thành Đại Lý ở Trung Quốc, bi kịch xảy ra là trưởng đoàn Doudart de Lagrée chết ngày 12/03/1868 do sức khỏe xấu đi nghiêm trọng, kèm thêm mắc sốt rét khi ở vùng Luang Prabang [lower-alpha 2].[11]

Francis Garnier được trao quyền chỉ huy sứ mệnh, và đã dẫn đầu đoàn thám hiểm một cách an toàn, sau này chuyển qua sông Dương Tử đi đến Thượng Hải và trở về Sài Gòn.[27][28]

Tại Ssu-Mao, Vân Nam đoàn phải tạm dừng vì cuộc "nổi dậy Panthay", và phải đối mặt với tình trạng khó xử về việc nên tiếp tục khám phá sông Mekong, hoặc từ bỏ dòng sông và tiến hành một cuộc khảo sát khác cho thương mại miền nam Trung Quốc. Louis de Carné viết: "Chúng tôi buộc phải rời khỏi sông Mekong do các cuộc nổi dậy của người Hồi, từ bỏ thám hiểm địa lý, để tới được Sonkoi (Sông Koi, hay Sông Cái, sông Hồng), giải quyết một vấn đề có tầm quan trọng thực tế hơn và ngay lập tức" và "Tại thời điểm này, câu hỏi thương mại đã chiến thắng, và là thiếu thực tế nếu tiếp tục lập bản đồ khoa học cho sông Mekong, trở nên rõ ràng".[29]