En 1840 emprende un viaje a la colonia de El Cabo con la intención de implantar nuevos centros para llevar a cabo sus misiones. Nueve años después inicia un recorrido por el interior del África que le permite realizar nuevos descubrimientos como las cataratas Victoria y el lago Nyasa.
A fin de aprender la lengua y las costumbres del pueblo, el explorador empleaba su tiempo viajando y viviendo entre los indígenas. Continuó estudiando siempre mientras viajaba, trazando mapas de los ríos y de las sierras del territorio que recorría. En una carta a un amigo suyo le escribió que había descubierto 32 clases de raíces comestibles y 43 especies de árboles y arbustos frutales que se producían en el desierto sin ser cultivados.
En Mabotsa tuvo lugar el históricoencuentro con un león. Acerca de ese acontecimiento David escribió lo siguiente: "El saltó y me alcanzó el hombro; ambos rodamos por el suelo. Rugiendo horriblemente cerca de mi oído, me sacudió como un perro lo hubiese hecho con un gato. Los sacudones que me dió el animal, me produjeron un entorpecimiento igual al que debe sentir un ratón, después de la primera sacudida que le da el gato. Me atacó entonces una especie de adormecimiento, y no sentí ningún dolor ni ninguna sensación de temor." No obstante, antes de que la fiera tuviese tiempo de matarlo, lo dejó para atacar a otro hombre que con una lanza en la mano había entrado en la lucha. El hombro desgarrado de Livingstone nunca sanó completamente; él nunca más pudo apuntar un rifle o llevarse la mano a la cabeza sin sentir dolores.
En 1849 cruzó el desierto del Kalahari en compañía del británico William Cotton Oswell, con quien descubrió el lago Ngami. A través del desierto de Calari llegaban rumores de un inmenso lago y de un lugar llamado "Humazo Ruidoso", el cual se creía que era una gran catarata de agua. Fue el 1 de agosto de 1849 que el grupo llegó al lago Ngami; era un lago tan grande que desde una orilla no se podía ver la orilla opuesta. Habían sufrido largos días de sed atormentadora sin haber podido obtener una sola gota de agua, pero habían vencido todas las dificultades y habían descubierto ese lago, mientras que otros pretendientes, mucho mejor equipados que ellos pero menos persistentes, habían fallado.
En junio de 1851, que descubrió el río más grande del África oriental, el Zambeze, río del que el mundo de entonces nunca había oído hablar. Livingstone atravesó, ida y vuelta, el continente africano, desde la desembocadura del río Zambeze hasta San Pablo de Luanda, siendo él el primer blanco en realizar semejante hazaña. En sus memorias, que escribía diariamente, se nota cómo él admiraba los lindos paisajes de un país que el mundo consideraba como un vasto desierto, pues lo desconocía por completo.
Llegó a Luanda flaco y enfermo. A pesar de la insistencia del cónsul británico para que regresase a Inglaterra, a fin de recuperar la salud quebrantada, él volvió nuevamente por otro camino, para llevar a sus fieles compañeros hasta sus casas conforme les había prometido antes de iniciar el viaje.
En ese viaje, Livingstone descubrió las magníficas cataratas de Victoria, nombre que él dio a esas grandes caídas de agua en honor de la reina de Inglaterra. En ese lugar el río Zambeze tiene un ancho de más de un kilómetro; allí las aguas de ese gran río se precipitan espectacularmente desde una altura de cien metros.
En un período, de siete meses estando acompañado sólo de sus fieles macololos, cayó con fiebre en la selva treinta y una veces. Pero no era sólo el sufrimiento físico lo que lo afligía. Sus cartas revelan su angustia moral, al ver los horrores del pueblo africano masacrado y arrebatado de sus hogares, conducido como ganado para ser vendido, en el mercado.
Por fin, después de una ausencia de diecisiete años de su patria, regresó a Inglaterra. Participó en varias conferencias, además de relatar sus experiencias. Fue premiado y recibido por la reina, convirtiéndose en un héroe popular. Sus escritos y conferencias despertaron el interés por el misterioso continente africano en todo el mundo, incitando a la posterior carrera colonial por el reparto de su dominio entre las potencias europeas; no obstante, las intenciones del propio Livingstone fueron siempre pacíficas.
En 1858 regresa a África llevando a su familia para continuar sus exploraciones,descubriendo al año el lago Nyasa. En 1862 su esposa se reunió con él, de nuevo, y lo acompañó en sus viajes; pero tres meses después falleció víctima de la fiebre, y fue enterrada en una ladera verdeante en las márgenes del río Zambeze.
Uno de los mayores obstáculos que Livingstone enfrentó en su obra misionera, fue el terror de los indígenas al ver un rostro de hombre blanco. Las aldeas enteras en ruinas; fugitivos escondiéndose en los campos de hierba alta, sin tener nada para comer; centenares de esqueletos y cadáveres insepultos; caravanas de hombres y mujeres espesados a los troncos asegurados al cuello, eran conducidos a los puertos… Situaciones creadas por los hombres crueles que participaban del tráfico de la esclavitud. Además, Gran Bretaña le quitó el apoyo necesario para seguir con la exploración, por lo que tuvo que volver a su país.
Gracias a su tenacidad consiguió reanudar sus exploraciones, esta vez con ayuda de suscripciones particulares (1866). En noviembre de 1867 descubrió el lago Nweru y en julio de 1868 el lago Bangweulu. En 1869 llegó al Lualaba (Congo Superior), del que pensó que tal vez se trataba de uno de los brazos madre del Nilo. Pero las fiebres le impidieron continuar sus investigaciones. Tuvo que regresar a las orillas del lago Tanganyka.
Durante los largos intervalos que había entre los períodos en que sus cartas eran recibidas en Inglaterra, llegadas desde el corazón del África, circularon rumores de que Livingstone había muerto. No eran solamente los hombres que traficaban con esclavos los que querían matarlo, sino también muchos de los propios naturales, que no creían que existiese un hombre blanco que fuese amigo de verdad. Por primera vez, en las millares de leguas que caminó, los pies del explorador le fallaron. Obligado a quedarse por algún tiempo en una cabaña, todos sus compañeros lo abandonaron, con excepción de tres que se quedaron con él.
En 1871 circuló en Occidente la noticia de que Livingstone se había perdido y dos periódicos enviaron en su búsqueda a Henry Stanley; éste se internó en el África oriental y encontró a Livingstone en Ujiji, a orillas del lago Tanganika. Pero no consiguió convencerle para que regresara y, tras aprovisionarle, ambos se separaron en 1872. Mientras Stanley continuaba su exploración por el río Congo, Livingstone siguió su camino y falleció un año más tarde de muerte natural.
El cuerpo después que hubo llegado a Zanzíbar, fue transportado para Inglaterra, donde fue sepultado en la Abadía de Westminster, entre los monumentos de los reyes y héroes de aquella nación. Grabadas en su tumba se pueden leer estas palabras: "El corazón de Livingstone permanece en el África, su cuerpo descansa en Inglaterra, pero su influencia continúa."
A él se debe el inicio de una época de frecuentes viajes exploratorios por todo el continente africano que, en contra de las pretensiones del propio Livingstone, allanaron el camino para el inminente desarrollo del colonialismo.
