Visitó Chaco, donde observó la nación Toba, y regresó a Buenos Aires.Posteriormente d'Orbigny exploró la Patagonia, y aunque no pudo recorrer personalmente la Pampa, pidió a un hombre de su confianza, Narciso Parchappe, que redactase un informe sobre ella que incluyó en el libro.Exploró la boca del río Negro, la bahía San Blas y Punta Rasa.Por ello, d'Orbigny fue entrenado por varios expertos, incluyendo al alemán Alexander von Humboldt.El mejor antecedente de D'Orbigny para ser elegido para su misión fue el estudio que había desarrollado sobre los foraminíferos, unos seres unicelulares marinos que no miden más de un milímetro.[4] Santa Cruz ofreció emplear el influjo del gobierno a favor de los trabajos de D’Orbigny y propuso que este fuera acompañado por un oficial del ejército y dos jóvenes locales durante su viaje.En 1834, D'Orbigny volvió a Francia y escribió su monumental obra en nueve volúmenes Voyage dans l'Amerique Méridionale ("Viaje a la América Meridional"), una obra que sólo es comparable con los voluminosos escritos de Humboldt acerca de la América equinoccial.