当年9月9日，约阿号行驶到威廉岛东南一带，这时北冰洋漫长而寒冷的极夜已经开始，阿蒙森找到一个平静的海湾后抛锚过冬。地处北极圈内的威廉岛，从10月下旬起到来年2月下旬，冬夜长达100多天，在这里越冬困难是可想而知的，严寒和暗无天日，使意志薄弱者望而却步。阿蒙森一行好不容易熬过漫长的冬天，只是老天爷不作美，第二年夏天气温偏低，海面冰块没有融化，考察船无法行动，只好在这里又过了一个冬天，直到1905年8月，大海才开封，白茫茫的冰海，渐渐露出蓝色的容颜，“约阿”号继续向西航行，把加拿大北部的北极群岛抛到一边。然而好景不长，随着气温下降，海面的浮冰不断增多，阿蒙森一行无可奈何地在加拿大西北海岸度过第三个冬天。当1906年的夏天到来时，他顺利地穿过白令海峡，终于从北冰洋航行到了太平洋。开辟出一条从大西洋经北美洲北部沿海到太平洋的航道，这是无数探险家梦寐以求的事业，他们为之奋斗了400多年，最后才由阿蒙森得以完成。阿蒙森回到挪威后，开始筹备新的探险活动——向北极极点进军，打算在1909年的秋季出发，就在这年4月6日，美国海军上将罗伯特·皮尔里已经捷足先登，第一个到达北极。阿蒙森得到这个消息后，只好放弃了原来的计划，决定向南极挺进。
1911年1月14日，阿蒙森乘坐“弗拉姆”号捕鲸船来到了南极鲸湾，在岸上建立了考察基地，他根据自己的经验和过去探险家们收集的资料，仔细地研究了这一地区的情况，确定了进军南极的路线，计算了全程的各段路程，并在南纬80°～85°的每一纬度上设立了一系列粮食站、燃料补给站和在雪原上很容易识别的路标。一切准备就绪后，阿蒙森选了4个同伴，乘坐42条爱斯基摩犬拉的雪撬，于1911年10月20日沿着西经162°经线开始向南极极点冲刺。到了11月1日，阿蒙森的竞争对手英国极地探险家斯科特也沿着另一条路线向极点推进，一场争夺第一个到达南极极点的战斗拉开了序幕。阿蒙森行进到距离南极极点还有550千米的时候，决定只留下18只狗，杀死其他的狗。用这些狗肉来喂其余的狗，并将一部分肉食储藏起来，轻装前进。1911年12月14日。他们终于到达南极极点，并搭起帐蓬，竖起挪威国旗，探险队员合影留念。逗留三天三夜后，便向北返回，1912年1月25日，安然无恙地返回捕鲸船停泊点。往返行程共计2800千米，整个探险活动均按阿蒙森事前安排的期限完成，100多天后，他们回到了欧洲。
英国人斯科特到达南极的时间是1912年1月18日，比阿蒙森晚到一个多月。阿蒙森从南极回来后，并没有陶醉在摘取王冠上明珠的胜利中，他很早就提出利用空中交通工具对北极进行考察，并作了多次的尝试。1926年5月，阿蒙森和美国人埃尔思沃思、意大利人诺彼勒，乘坐“挪威”号飞艇从斯匹次卑尔根群岛起飞，经过北极极点到达美国的阿拉斯加，全程共4000千米，这是人类首次穿越北极的飞行，过去传说在北极点与阿拉斯加之间，存在一块广阔的陆地，这次飞行证实上述传说是错误的。1928年5月23日，诺彼勒驾驶“意大利”号飞艇到北极点考察，返航时飞艇失事，有9人掉在冰上，6个人下落不明，阿蒙森得知这一消息后，于6月18日乘坐飞机前往救援，6月20日，人们收到这架飞机发出的最后一封电报，后来一直杳无音讯。阿蒙森这位伟大的探险家和5名机组人员永远长眠在北冰洋寒冷的水晶宫里。卢阿尔·阿蒙森的一生，充满了传奇色彩，他的著作《南极》、《极地飞行记》、《作为一个探险家的我的生平》也是留给人们一笔宝贵的精神财富。他那敢于向自然挑战，不怕困难，百折不挠的精神，永远激励着后人去探索未知的世界。