1959-1980 Okręt wrócił do służby jako jednostka badawczo-oceanograficzna 22 czerwca 1959. Nosił numer burtowy F377, A266 i GOR266 w różnych okresach kariery. Po udanym zakończeniu pierwszych badań oceanicznych w lipcu wyruszył na swój pierwszy rejs badawczy 20 sierpnia. 20 września okręt przeprowadził pierwsze badania wysp Montebello, co poprzedziło brytyjskie testy atomowe (operacja Hurricane). 22 października "Diamantina" przeprowadziła pierwsze badania na wodach otaczających Christmas Island.
Najbardziej znanym osiągnięciem w czasie drugiego okresu służby było odnalezienie najgłębszego znanego miejsca Oceanu Indyjskiego 7 lutego 1960. Zostało ono nazwane głębią Diamantiny (ang. Diamantina Deep).
Bazując we Fremantle w Zachodniej Australii "Diamantina" pozostał w służbie jako okręt badawczy do 1980.
Wycofanie ze służby i zachowanie jako okręt-muzeum "Diamantina" został wycofany ze służby w RAN 29 lutego 1980 i był ostatnią fregatą z okresu II wojny światowej służącą pod banderą australijską.