mały|250px|Stanley spotyka Livingstone’a W styczniu 1866 roku Livingstone rozpoczął kolejną podróż, która miała zbadać wielkie rzeki we wnętrzu Afryki. Wyprawa rozpoczęła się w pobliżu ujścia rzeki Ruvuma w Zanzibarze. Zdaniem Livingstone’a rzeki te miały być źródłami Nilu. Krótko po rozpoczęciu wyprawy asystenci Livingstone’a opuścili go, informując władze brytyjskie o jego rzekomej śmierci. W tym samym czasie Livingstone podążył do jeziora Niasa, stamtąd dotarł do jeziora Tanganika i wyruszył na zachód, w niezbadany dotychczas obszar. W 1867 roku odkrył rzekę Luapula (dopływ Konga) i jezioro Mueru, w 1868 roku jezioro Bangueulu, w 1871 rzekę Lualabę (dopływ źródłowy Konga). Livingstone przypuszczał, że Lualaba może być górnym biegiem Nilu. Z Lualaby powrócił nad jezioro Tanganika, do Ujiji, gdzie 27 października 1871 roku spotkał go Henry Morton Stanley, dowódca zorganizowanej przez gazetę New York Herald wyprawy poszukiwawczej mającej na celu odnalezienie Livingstone’a. Podczas spotkania Stanley wypowiedział znane dzisiaj zdanie: Dr Livingstone, I presume?. Obaj podróżnicy podążyli do północnych brzegów jeziora, bezskutecznie szukając źródeł Nilu. Następnie Livingstone zawrócił nad jezioro Bangueulu, gdzie zmarł 1 maja 1873 roku na febrę. Serce Livingstone’a zostało pogrzebane pod drzewem nieopodal miejsca jego śmierci.