Stuart partiu em sua terceira tentativa de atravessar a Austrália em 25 de outubro de 1861. Esta expedição foi chamada de Great Northern Exploring Expedition (Grande Expedição Exploradora do Norte). O grupo era: John McDouall Stuart, William Darton Kekwick, Francis William Thring, William Patrick Auld, Stephen King Jnr., John William Billiatt, James Frew Jnr., Heath Nash, John Woodforde, John McGorrery e Frederick George Waterhouse.
McGorrey era um ferreiro que seria capaz de fixar os sapatos nos 78 cavalos do grupo. Waterhouse era um naturalista que seria capaz de manter uma anotação científica de suas descobertas. Stuart ficou ferido quando um cavalo ficou em pé à sua direita, e ficou para trás por um mês para se recuperar. Ele soube das mortes de Burke e Wills em Cooper Creek.
O grupo deixou Chambers Creek em 8 de janeiro de 1862 movendo-se rapidamente, cobrindo entre 30 e 50 quilômetros por dia. O ritmo rápido significou que nas primeiras três semanas oito cavalos morreram e Woodforde partiu e voltou. Stuart deixou alguns dos suprimentos para trás e cortou a quantidade que cada homem podia comer. No Monte Hay, no centro da Austrália, eles foram novamente atacados por guerreiros aborígines, mas não foram páreo para as armas do grupo e vários podem ter sido mortos.
Eles chegaram a Newcastle Waters em três meses, e depois levaram uma semana para descansar. Stuart passou as cinco semanas seguintes em busca de água. Ele finalmente encontrou uma série de poços, riachos e rios que permitiram que todo o grupo continuasse para o norte. Ele desistiu de tentar alcançar o rio Victoria. Quando chegaram ao Rio Roper, que havia sido explorado por Ludwig Leichhardt em 1845, ele sabia que poderia facilmente ir para o oeste, para o Golfo de Carpentaria, mas em vez disso optou por continuar para o norte. Auld disse mais tarde que "...os mosquitos e as moscas eram terríveis". Nossas mãos, pés e pescoços estavam empolados com suas picadas". Eles cruzaram a Terra de Arnhem e fizeram o caminho ao longo da borda do que agora é o Parque Nacional de Kakadu. Ele seguiu o rio Adelaide, mas quando o solo ficou muito mole e lamacento, eles foram mais para o norte até o rio Mary e finalmente chegaram ao mar.
Eles chegaram ao Golfo de Van Diemen em 24 de julho de 1862. Em um galho alto de árvore, levantaram uma bandeira da Union Jack com o nome Stuart bordado nela, que havia sido feita pela filha da Câmara, Elizabeth. A madeira da árvore, que desde então foi destruída, está na coleção da Royal Geographical Society of South Australia. O grupo então teve que percorrer 3.400 km de volta a Adelaide. A comida estava se tornando escassa, e o tempo quente significava que havia pouca água. Muitos cavalos morreram, e Stuart foi novamente obrigado a deixar para trás equipamentos. O Waterhouse teve que deixar todas as suas plantas e animais cuidadosamente coletados. Os homens estavam com muita fome e até atiraram e comeram dingos. Stuart estava com pouca saúde e ficou cego. Ele não pôde falar por vários dias e os homens pensaram que ele iria morrer. Ele não podia montar seu cavalo, e eles fizeram uma cama com longas varas e cobertores que podiam ser carregados entre dois cavalos. Stuart foi carregado 960 km por este método. após cruzar a cordilheira MacDonnell, descobriram que a chuva havia caído e havia muita grama. Ao chegar às áreas assentadas, Stuart soube que seu amigo e parceiro, James Chambers, havia morrido. Ele deixou Kekwick no comando do grupo, e foi em frente com Auld. Eles entraram no trem em Kapunda e chegaram em Adelaide em 17 de dezembro de 1862.
Stuart e seu grupo receberam uma recepção especial em Adelaide, em 16 de janeiro de 1863. Eles se vestiram com suas roupas velhas e entraram na cidade como heróis. Este foi também o dia em que Burke e Wills foram enterrados em Melbourne após o fracasso de sua expedição.