Когда в мае 1858 года Давид Ливингстон возвратился на Замбези, он был уже не миссионером, а британским консулом в Мозамбике. Правительство поручило ему изучить глубинные районы континента, установить контакты с местными правителями и уговорить их заняться выращиванием хлопка. Став консулом, Ливингстон занялся научно-исследовательской работой. Он поставил своей целью доказать, что Лиамбье и Замбези - одна и та же река.
Вместе с женой, сыном и братом Чарлзом, Ливингстон на небольшом пароходике, доставленном к устью Замбези в разобранном виде из Англии, отправился вверх по реке "Ma-Роберт". Так назывался пароход по африканскому имени Мери Ливингстон, он поглощал горы дров, но скорость его едва достигала скорости челнока. На этот раз экспедиция щедро финансировалась британским правительством. В отряд также вошли Джон Керк - ботаник и врач, Ричард Торнтон - геолог, Томас Бейнс - художник и еще несколько европейцев.
В Тете Ливингстон вновь встретился с верными макололо. Правда, тридцать из них за это время умерли от оспы, но остальные снова отправились в путь вместе с ним. Экспедиция с трудом продвигалась вверх по реке, но вскоре наступило разочарование. Пороги Кебрабаса оказались непреодолимыми, и "Ма-Роберт" повернул на Шире, северный приток Замбези. Местные жители говорили, что Шире вытекает из огромного озера, которое даже на быстроходных лодках можно переплыть лишь за полтора дня. Вдоль реки часто встречались продолговатые заводи и так называемые тропы слонов - заболоченные местности, где порой можно было увидеть одновременно до восьмисот гигантов. Но затем путь вновь преградили водопады. В честь президента Географического общества Ливингстон назвал их водопадами Мёрчисона. Он обошел препятствие и 18 апреля 1859 года открыл среди высоких гор озеро Ширва, не имеющее стока. Конечно, это было не то водное пространство, о котором ему рассказывали, но запасы провизии подошли к концу, и экспедиция вынуждена была повернуть назад.
Через четыре месяца Ливингстон вновь направился в верховья Шире. Все сорок два ее члена, из которых только четверо были европейцами, очень сильно страдали от москитов. Маршрут экспедиции шел по плоскогорью, сплошь поросшему то густым кустарником, то лесом, мимо поселений манганджа - трудолюбивых и умелых крестьян и ремесленников.
16 сентября 1859 года экспедиция вышла к озеру Ньяса достигающему 500 километров в длину и более чем 50 километров в ширину. Ливингстон выяснил, что озеро имеет глубину более 200 метров (по последним данным до 706 метров). Это было то самое озеро, о котором Ливингстону рассказывали на Замбези. Но на сей раз, ему удалось увидеть только его южную оконечность. Вода, грязно-зеленая у самого берега, постепенно становилась цвета индиго; вокруг поднимались высокие горные цепи. К сожалению, "Ma-Роберт", днище которого дало течь, явно не подходил для плавания по озеру, где часто случаются штормы. Поэтому Ливингстон вместе с макололо, решившими вернуться домой, поплыл вверх по Замбези.
Британское правительство оснастило пароходы "Пионер" и "Леди Ньяса" с целью заложить миссионерские поселения на плоскогорьях вокруг озера Ньяса. На этих судах Ливингстон в марте 1861 года и затем в сентябре 1862 года исследовал впадающую в Индийский океан реку Рузума на северной границе колонии, так как предполагалось, что река имеет связь с озером Ньяса. Во втором плавании Ливингстон и его спутники поднялись по Рузуме примерно на 250 километров, пока путь пароходу не преградил скалистый порог.
В сентябре 1861 года Ливингстон вновь побывал на озере Ньяса и прошел по западному берегу. Его брат Чарлз следовал на лодке вдоль того же побережья. Далее на север проникнуть не удалось - помешали враждебное отношение приозерных жителей и начавшийся период штормов. По результатам съемки Ливингстон составил первую сравнительно верную карту Ньясы: водоем вытянулся почти по меридиану на 400 километров (истинная длина оказалась значительно больше - 580 километров).
Давид Ливингстон занялся исследованием южного и западного берегов озера Ньяса.
27 апреля 1862 года умерла Мери Моффет-Ливингстон, болевшая тропической малярией. Брат Дэвида Чарлз, до тех пор участвовавший в экспедиции, вынужден был вернуться назад из-за затяжной дизентерии. Кажется, "ищущего реки" повсюду подстерегали неудачи. На озере Ньяса и в долине реки Шире, как никогда раньше, свирепствовала работорговля: то и дело попадались разоренные и опустошенные деревни, валялись горы скелетов; очень часто приходилось освобождать колеса "Пионера" от трупов, плывущих вниз по реке. Умирали миссионеры, а их глава, епископ, необдуманно вмешивался в межплеменные распри.
Ливингстон продолжил путешествие до конца 1863 года и выяснил: отвесные берега озера, казавшиеся горами, в действительности представляют собой края высоких плоскогорий.
