Zijn enorme ervaring in het noordpoolgebied en zijn nuchtere kijk op de zaken zouden ervoor zorgen dat deze poging tot een zeer succesvol einde zou leiden. Met het schip dat hem al op diverse plaatsen had gebracht, de Fram, vertrok hij op 7 juni 1910 vanuit wat nu Oslo heet. Uit journalen van vorige expedities meende hij op te kunnen maken dat de Bay of Whales (zo genoemd door Shackleton tijdens zijn expeditie van 1907-1909) de beste vertrekpositie was voor de hondensledeteams. Op 14 januari zette de Fram de expeditieleden, de meer dan honderd honden, voorraden en expeditiemiddelen aan land en vertrok voor het einde van de zomer weer naar Australië. Er werd een prefabhut neergezet en men begon met de voorbereidingen voor de overwintering. De voorraden werden aangevuld met vers pinguïn- en zeehondenvlees.

Toen de zon na de lange winter op 24 augustus weer boven de horizon kwam, waren de teams al klaar voor vertrek. Na een mislukte poging in september (te vroeg, te koud) startte men op 19 oktober opnieuw. Drie weken later ontvouwde Amundsen het plan. Van het punt waar ze op dat moment waren, was het nog 550 km naar de pool. Hij berekende dat het team binnen zestig dagen heen en weer moest kunnen zijn. Er werd een depot opgezet waar overtollige voorraden werden achtergelaten. Onderweg zou een deel van de honden opgeofferd worden en als voedsel dienen. Hiermee kon het team met een minimum aan gewicht reizen.

Slechts 14 dagen later passeerde hij het zuidelijkste punt dat Shackleton ooit bereikt had en op 14 december 1911 stond het team op de geografische zuidpool. De volgende dagen controleerde Amundsen en zijn team alle gegevens en op 17 december besloten zij dat zij daadwerkelijk 90° ZB hadden bereikt. Een tent werd opgezet en de Noorse vlag werd gehesen. Alles werd op de gevoelige plaat vastgelegd.

Op 06 januari waren ze terug bij het depot, acht dagen eerder dan berekend. Op 25 januari arriveerde het team in blakende gezondheid en in betere conditie dan bij vertrek, bij de hut Framheim. Op 7 maart telegrafeerde Mawson het behaalde succes naar zijn broer die het meteen wereldkundig maakte. Amundsen was hiermee Scott te snel af geweest.

Scott bereikte de pool op 17 januari 1912. Hij vond tot zijn grote verbijstering een tent met de Noorse vlag en een boodschap van Amundsen met zijn prestaties. De expeditie van Scott eindigde catastrofaal. Wederom was er voedselgebrek en hadden de mannen last van ernstige bevriezingsverschijnselen. In tegenstelling tot Shackleton nam Scott veel grotere risico’s in zijn verwoedde poging de race naar de Zuidpool te winnen. Uiteindelijk overleefde hierdoor geen van de vijf expeditieleden, inclusief Scott zelf, de terugweg vanaf de pool. Het laatste dagboekverslag van Scott dateert van 29 maart 1912, en werd acht maanden later tezamen met de lichamen van Scott en drie expeditieleden gevonden. Het lichaam van het vijfde expeditielid, Oates, is tot op de dag van vandaag niet geborgen.