Les cinq mois suivants sont employés à compléter le matériel et surtout à enquêter sans relâche auprès des Indiens ayant effectués le trajet vers le fleuve. Nombreuses étaient les tribus à venir durant l'hiver à la mission au Saut Sainte-Marie, tant pour voir les Pères que pour traiter les peaux avec les Blancs.

Jolliet trace des cartes des cours d'eau dont les Indiens, parfaitement habitués aux dessins descriptifs, lui expliquent l'emplacement. Ils nomment aussi les différentes tribus que les explorateurs vont rencontrer. En mai 1673, laissant deux associés dont son frère Zacharie derrière lui, Jolliet donne le départ.

L'expédition compte sept hommes répartis dans deux canots. Parmi eux, il y a Largillier, trafiquant de fourrure, bon "homme de canot", ardent et débrouillard, il est surnommé "le Castor"; Pierre Moreau; Jean Plattier; Jean Thiberge. Tous des habitués des voyages dans les pays d' En Haut, tous courageux et noueux, âptes au gain et généreux, obstinés et patients comme les paysans qu'ils sont restés.

Ils ont mis leurs habits de coureurs des bois, en peau d' orignal, souples et legers mais ont tous gardé leur chapeau de feutre. Le Père Marquette est en soutane noire selon son habitude: il tient par là à montrer aux Indiens qu'il est le prêtre de Dieu et non un marchand.

Leur trajet est celui du bon sens et de l'empirisme: ils suivent la rive nord du lac Michigan et gagnent la baie des Puants (Green Bay) jusqu'à la mission Saint-François-Xavier (dans le Wisconsin actuel), puis empruntent la difficile et peu profonde rivière aux Renards, jusq'au village d'une tribu mascoutenne. Là ils font le point: le village est le dernier endroit connu vers l'ouest, les Indiens ont déjà rencontré les Robes noires et acceptent de prêter les guides pour quelques jours. Car les Mascoutens, mis en confiance par les couvertures et la porcelaine données en cadeaux de courtoisie, révèlent clairement qu'à trois lieues de là, se trouve un affluent qui mène directement mais après des jours et des jours de canot au Père des Eaux, au Mississippi.

Sans attendre, les Français au prix d'un portage assez pénible à travers broussailles, marais et taillis inextricables, passent dans la rivière Meskousing (Wisconsin), la boussole indique le sud-ouest, puis l'ouest; peut-être va-t-on atteindre la mer Vermeille. Les canots filent à une vitesse moyenne de 15 lieues par jour, mais il faut sans cesse être très attentif aux rapides, aux bancs de sable et aux troncs flottants entre deux eaux. Pour un rien, l'écorce de bouleau se déchire et le canot chavire. Sur les douces collines qui bordent la rive, se dressent d'immenses fûts, que le soir, le vent fait gronder comme s'il apportait la rumeur de la mer. Pas d'Indiens visibles, les guides mascoutens semblent confiants.

Le 15 juin, après un voyage de plus de 500 milles, un souffle plus âcre de limon, une nappe d'eau plus large à l'horizon, il est inutile d'écouter les explications compliquées des guides: les Français ont atteint le Mississippi.

Pour se conformer aux ordres reçus, il suffit de se laisser porter par le courant du fleuve. Voilà ce que pensent les explorateurs épuisés par plus d'un mois de canot. C'est en partie exact.

Certes, l'objectif reste la découverte de l'embouchure, et maintenant on file droit au sud, mais cette large voie liquide est traversée par des courants d'une grande violence, chargée de boue et charriant des branches énormes et noires. Il faut donc redoubler de prudence. Par contre les belles clairières, vastes taches lumineuses où l'herbe tendre et drue semble bourdonner sous le soleil de juin, sont des haltes appréciées. On y rencontre à profusion des oiseaux inconnus, du gibier peu farouche, et un animal impressionnant, sorte de buffle à tête plate entourée d'une épaisse toison, dont les Indiens ont parlé avec respect: le bison. Nos Français en découvrent des bandes nombreuses (Jolliet en compte certaines qui atteignent plus de 400 têtes) dont la fuite éperdue fait vibrer le sol plusieurs minutes après leur départ. Mais il faut continuer, avancer encore, pour en apprendre davantage sur cette "belle rivière".

Peu à peu, le courant ralentit: il faut aider à la progression de l'aviron, tout en scrutant les rives, car depuis leur passage dans le Mississippi, les explorateurs n'ont toujours pas vu d'Indiens! Ils ont doublé trois embouchures sur la rive droite, et décident alors d' en avoir le coeur net : ils accostent. Jolliet, accompagné seulement du Père Marquette, pénètre dans la forêt, trouve un sentier, le suit quelques heures et débouche sur un village illinois. Il s'agit de Péorias, qui ont eu des contacts avec les traitants blancs; ils accueillent Jolliet avec chaleur:
-L'expédition se poursuit.

Quelques jours plus tard, dans un grand méandre, ils sont au confluent du Père des Eaux et d'un grand fleuve venant du nord, l'Illinois, aux eaux abondantes et sombres. Jolliet cartographie soigneusement et prend des notes sur les particularités et "étrangetés". Par exemple, sur un gros rochier surplombant le fleuve, sont peints deux monstres à moustaches "de tigre", à cornes de cerf et aux corps couverts d'écailles se terminant en queue effilé. Génies du fleuve, sentinelles multicolores du territoire d'une tribu, évocation de valeureux guerriers ou de combats mémorables? peu importe, voilà la preuve d'une présence indienne.

Quelques dizaines de lieues plus au sud, la nappe d'eau s'élargie encore: venant de l'ouest, un fleuve géant aux eaux boueuses se jette dans le Mississippi. Au confluent, sur plusieurs centaines de brasses, la surface est agitée de vagues et de tourbillons très dangereux pour les canots.

Ils passent devant l'embouchure de l'Ohio (Ouabouskigou des Indiens de la région) et s'arrêtent un peu. Depuis le départ de Michillimakinac, ils ont parcouru quelque 1200 milles; la fatigue ne se fait pas trop sentir mais les Indiens se montrent parfois inquiétants et Jolliet entend continuer! Ses associés renaclent un peu:

Désormais en effet, le fleuve assagi et très large, est bordé de berges marécageuses encombrées de roseaux bruissants et jaunes d'où s'envollent, au passage des canots, des milliers d'oiseaux qui reviennent s'y poser après une longue boucle dessinée dans le ciel limpide. La petite troupe atteint le village des Kappas, sur la rive droite du Mississippi, très loin dans le sud (à la frontière actuelle entre l'Arkansas et la Louisianne) à la mi-juillet. Pour Jolliet, l'embouchure du fleuve est à quelques dizaines de lieues.

Le 17 juillet 1673, les Français repartent vers le nord, à contre - courant, ménageant leurs forces tout en écourtant les haltes.

L'Ohio est dépassé; après avoir doublé les tourbillons du Missouri, Jollet et Marquette décident de tenter un raccourci en s'engageant dans la rivière de l'Illinois au cours plus calme. Ils peuvent enfin prendre quelque repos et se restaurer convenablement grâce aux nombreux gibiers de toutes sortes vivant sur les bords de cette belle rivière. Les Indiens se montrent amicaux et hospitaliers: des Illinois Kaskaskias... Puis c'est le portage de Chicago qui mène au lac Michigan. On suit les rives ouest pour atterrir à la baie des Esturgeons; nouveau portage jusqu'à la baie de Puants, et arrivée à la mission Saint-Francois-Xavier à la mi-octobre.

Les explorateurs sont fatigués, le père Marquette surtout, atteint par la fièvre et la maladie; il faut dire qu'ils ont, en quelques mois, parcouru près de 4 000 kilomètres !