Путешественники остановились в Кавеле (Уджиджи) и после кратковременного отдыха, не без труда достав лодки, приступили к исследованию Танганьики. В первое плавание по озеру пустился один Спик, к тому времени уже немного окрепший, тогда как Бёртон был еще слишком слаб для такой поездки. Обследовав небольшой участок восточного берега Танганьики к югу от Кавеле, Спик пересек озеро и побывал на расположенном у его западного берега острове Касенге.
Здесь ему рассказали, что у южной оконечности озера в него впадает большая река Марунгу, на севере же из Танганьики вытекает другая
Географические результаты личных исследований Спика во время его поездки по озеру, занявшей почти весь март 1858 года, были, в общем, довольно незначительными. Впрочем, состояние здоровья Спика, вероятно, и не позволяло требовать от него большего. Бёртона сильно заинтересовало сообщение о реке Рузизи, якобы вытекающей из озера на севере: у него зародилась мысль, что это и есть Нил (в существование гипотетических "Лунных гор" Спика он не верил). Для проверки полученных сведений англичане отправились в новое плавание, теперь уже вдвоем. Миновав далеко выступающий в озеро полуостров Убвари (принятый ими за остров), они прибыли в конце апреля в деревню Увира близ северной оконечности Танганьики. Тут все надежды Бёртона найти исток Нила рухнули.
Никаких оснований сомневаться в словах африканцев, которые, действительно, полностью соответствовали истине, у Бёртона не было, и Рузизи сразу утратила для него всякий интерес. Так и не побывав на этой реке, путешественники вернулись в середине мая в Кавеле и в конце того же месяца двинулись в обратный путь.
Английские исследователи повидали только северную, меньшую часть Танганьики, общее же представление о размерах и конфигурации озера составили главным образом по рассказам арабских купцов. Основываясь на этих данных, Бёртон оценивал длину озера менее чем в 460 километров (в действительности около 650 километров). Полученная Спиком цифра высоты озера над уровнем моря - немногим более 560 метров - была значительно меньше истинной (средняя отметка уровня Танганьики в настоящее время - 774 метра, в конце же 50-х годов прошлого века уровень озера располагался выше, на отметке порядка 780 метров); эта ошибка объяснялась, по-видимому, неисправностью экспедиционного гипсотермометра. Глубину озера путешественники не измеряли из-за отсутствия у них лотлиня, но, учитывая общие особенности морфологии озерной котловины, а также некоторые технические детали местного рыболовного промысла, пришли к правильному выводу о том, что она должна быть очень большой (хотя, конечно, не подозревали, что это озеро - второе по глубине на земном шаре после Байкала).