Rok później, 13 czerwca 1903 roku „Gjøa” z Amundsenem i sześcioosobową załogą wyruszyła na podbój Przejścia Północno-Zachodniego. W połowie września zakotwiczyła w zatoce południowej Ziemi Króla Wilhelma, którą nazwano na jej cześć Gjøahavn. Uczestnicy wyprawy osiedli na brzegu, a osada została później nazwana Gjoa Haven – Amundsen i jego towarzysze przebywali tu przez dwa lata. Ekspedycja dotarła do Nome na Alasce 30 sierpnia 1906 roku. „Gjøa” stała się pierwszym statkiem, który pokonał Przejście Północno-Zachodnie.
10 września 1906 roku „Gjøa” wpłynęła do portu w San Francisco. Amundsen zamierzał pożeglować wokół Ameryki do Norwegii, lecz Nansen odradził mu taką podróż z uwagi na trudne warunki opłynięcia przylądka Horn. Slup pozostał w porcie, a później został zakupiony przez Amerykanów pochodzenia norweskiego i podarowany miastu San Francisco. W 1909 roku „Gjøa” stanęła w Golden Gate Park.