Во время путешествия проводником ему некоторое время служил австралиец Бультже, а на другом участке пути - вдова по имени Тюрандюрей, которая взяла с собой в поход четырехлетнюю дочку Балланделлу Тюрандюрей настолько подружилась с Митчеллом, что доверила ему воспитание дочери. К экспедиции примкнули и двое австралийских юношей, которым дали прозвища "Томми, пришедший первым" и "Томми, пришедший последним".
Митчелл спустился к Муррею, а затем по открытому им 8 июля левому притоку, названному
В результате этого путешествия была обследована вся внутренняя часть той юго-восточной колонии, которая несколько лет спустя получила название Виктории. Любопытно, что Митчелл обнаружил близ устья реки Гленелг, в бухте Портленд, большую овцеводческую ферму, основанную переселенцами из Тасмании. Ферма эта находилась в той части побережья, которая считалась совершенно необитаемой.
Географические итоги третьего путешествия Митчелла были весьма внушительными. Митчелл окончательно доказал, что Дарлинг впадает в Муррей, и обследовал южную часть бассейна этой реки. Обратный маршрут Митчелла от бухты Портленд к Сиднею - так называемая линия Митчелла - стал трассой сквозной скотопрогонной дороги, связавшей богатейшие угодья юго-восточной Австралии. Митчелл опубликовал очень интересные отчеты о своих экспедициях.
В 1845 году Митчелл отправился в новое путешествие. Хотя в свое время он высказал предположение, что все реки, истоки которых лежат на западных склонах Водораздельного хребта южнее 29° ю.ш., являются притоками Дарлинга, его не оставляла надежда, что к северу от этой параллели внутренние области Австралии пересекает большая река, которая течет на северо-запад и впадает в залив Карпентария. Поиски этой реки он и решил предпринять к западу от Водораздельного хребта.
16 декабря 1845 года Митчелл вышел в путь из фермы Борн, расположенной близ Батерста, и направился на север. Экспедиция была организована на широкую ногу. В ее состав входило тридцать человек, для перевозки грузов использовалось восемьдесят быков и семнадцать лошадей, в фургонах везли две разобранные на части железные шлюпки. Помощником Митчелла был двадцатисемилетний офицер топографической службы Эдмонд Кеннеди. Большую помощь Митчеллу оказал его старый знакомый Бультже, проводник экспедиции.
Совершенно так же вели себя и другие проводники-австралийцы, сменявшие друг друга на различных участках пути.