Ο Στιούαρτ ξεκίνησε την τρίτη του προσπάθεια να διασχίσει την Αυστραλία στις 25 Οκτωβρίου 1861. Η αποστολή αυτή ονομάστηκε Great Northern Exploring Expedition. Η ομάδα ήταν η εξής: 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 και Frederick George Waterhouse.
Ο McGorrey ήταν σιδεράς και μπορούσε να φτιάξει τα υποδήματα των 78 αλόγων της ομάδας. Ο Waterhouse ήταν φυσιοδίφης που θα μπορούσε να κρατήσει επιστημονικές σημειώσεις για τις ανακαλύψεις τους. Ο Stuart τραυματίστηκε όταν ένα άλογο στάθηκε στο δεξί του χέρι και έμεινε πίσω για ένα μήνα για να αναρρώσει. Έμαθε για τους θανάτους του Μπερκ και του Γουίλς στο Κούπερ Κρικ.
Η ομάδα αναχώρησε από το Chambers Creek στις 8 Ιανουαρίου 1862 κινούμενη γρήγορα, καλύπτοντας 30 έως 50 χιλιόμετρα την ημέρα. Ο γρήγορος ρυθμός σήμαινε ότι στις τρεις πρώτες εβδομάδες οκτώ άλογα πέθαναν και ο Woodforde έφυγε και γύρισε πίσω. Ο Στιούαρτ άφησε πίσω κάποιες από τις προμήθειες και μείωσε την ποσότητα που επιτρεπόταν να τρώει ο κάθε άνδρας. Στο όρος Χέι στην κεντρική Αυστραλία, δέχθηκαν και πάλι επίθεση από πολεμιστές Αβορίγινες, αλλά δεν ήταν αντάξιοι των όπλων της ομάδας και αρκετοί μπορεί να σκοτώθηκαν.
Έφτασαν στο Newcastle Waters σε τρεις μήνες και στη συνέχεια πήραν μια εβδομάδα για να ξεκουραστούν. Ο Stuart πέρασε τις επόμενες πέντε εβδομάδες ψάχνοντας για νερό. Τελικά βρήκε μια σειρά από νερόλακκους, ρυάκια και ποτάμια που σήμαινε ότι όλη η ομάδα μπορούσε να συνεχίσει προς τα βόρεια. Εγκατέλειψε την προσπάθειά του να φτάσει στον ποταμό Βικτώρια. Όταν έφτασαν στον ποταμό Ρόπερ, ο οποίος είχε εξερευνηθεί από τον Λούντβιχ Λέιχχαρντ το 1845, ήξερε ότι μπορούσε εύκολα να πάει δυτικά προς τον Κόλπο της Καρπεντάρια, αλλά αντ' αυτού επέλεξε να συνεχίσει βόρεια. Ο Auld δήλωσε αργότερα ότι "...τα κουνούπια και οι μύγες ήταν τρομερά. Τα χέρια, τα πόδια και ο λαιμός μας είχαν φουσκάλες από τα τσιμπήματά τους". Διέσχισαν το Arnhem Land και κατευθύνθηκαν κατά μήκος της άκρης του σημερινού Εθνικού Πάρκου Kakadu. Ακολούθησε τον ποταμό Αδελαΐδα, αλλά όταν το έδαφος έγινε πολύ μαλακό και λασπώδες, πήγαν βορειότερα στον ποταμό Μαίρη και τελικά έφτασαν στη θάλασσα.
Έφτασαν στον Κόλπο του Βαν Ντίμενς στις 24 Ιουλίου 1862. Σε ένα ψηλό κλαδί δέντρου ύψωσαν μια σημαία Union Jack με κεντημένο το όνομα του Stuart, την οποία είχε φτιάξει η κόρη του Chamber, Elizabeth. Το ξύλο από το δέντρο, το οποίο έκτοτε έχει καταστραφεί, βρίσκεται στη συλλογή της Βασιλικής Γεωγραφικής Εταιρείας της Νότιας Αυστραλίας. Στη συνέχεια, η ομάδα έπρεπε να ταξιδέψει 3.400 χιλιόμετρα για να επιστρέψει στην Αδελαΐδα. Η τροφή είχε αρχίσει να λιγοστεύει και ο ζεστός καιρός σήμαινε ότι υπήρχε ελάχιστο νερό. Πολλά άλογα πέθαναν και ο Stuart αναγκάστηκε και πάλι να αφήσει πίσω του εξοπλισμό. Ο Waterhouse έπρεπε να αφήσει όλα τα φυτά και τα ζώα που είχε συλλέξει προσεκτικά. Οι άνδρες ήταν πολύ πεινασμένοι και πυροβόλησαν και έφαγαν ακόμη και ντίνγκο. Ο Στιούαρτ είχε κακή υγεία και τυφλώθηκε. Δεν μπορούσε να μιλήσει για αρκετές ημέρες και οι άνδρες πίστευαν ότι θα πέθαινε. Δεν μπορούσε να ιππεύσει το άλογό του και έφτιαξαν ένα κρεβάτι με μακριά κοντάρια και κουβέρτες που μπορούσαν να μεταφερθούν ανάμεσα σε δύο άλογα. Ο Stuart μεταφέρθηκε 960 χιλιόμετρα (597 μίλια) με αυτή τη μέθοδο. αφού διέσχισαν τις οροσειρές MacDonnell, ανακάλυψαν ότι είχε πέσει βροχή και υπήρχε πολύ γρασίδι. Φτάνοντας στις κατοικημένες περιοχές, ο Στιούαρτ έμαθε ότι ο φίλος και συνεργάτης του, Τζέιμς Τσέιμπερς, είχε πεθάνει. Άφησε τον Kekwick υπεύθυνο της ομάδας και προχώρησε με τον Auld. Μπήκαν στο τρένο στην Kapunda και έφτασαν στην Αδελαΐδα στις 17 Δεκεμβρίου 1862.
Ο Στιούαρτ και η ομάδα του έτυχαν ιδιαίτερης υποδοχής στην Αδελαΐδα στις 16 Ιανουαρίου 1863. Ντύθηκαν με τα παλιά τους ρούχα και μπήκαν στην πόλη ως ήρωες. Αυτή ήταν επίσης η ημέρα που οι Burke και Wills θάφτηκαν στη Μελβούρνη μετά την αποτυχία της αποστολής τους.