Во время своей последней поездки Кук снова заказал разрешение на корабль Его Величества «Резолюшн», в то время как капитан Чарльз Клерк руководил экспедицией на Королевском научно-исследовательском судне «Открытие». Официально цель поездки - вернуть Омай на Таити, что вызывает наибольшее любопытство в Лондоне. Экспедиция сначала исследовала острова Кергелен, где она приземлилась на Рождество 1776 года - в Птичьем заливе на северо-западной оконечности острова в Порт-Рождество, что он и называл по этому случаю, - а затем остановилась в Новой Зеландии. Как только Омаи вернулся в свою семью, Кук отправился на север, обнаружил остров Рождества в канун Рождества 1777 года и стал одним из первых европейцев, высадившихся на Гавайские острова в 1778 году.
Затем, путешествуя по американскому континенту, Кук описал в своем дневнике индейские племена острова Ванкувер, побережье Аляски, Алеутские острова и обе стороны Берингова пролива.
Несмотря на несколько попыток, Берингов пролив остается непроходимым из-за блокировки его льдом даже в августе. Накопив разочарования по поводу этой неудачи и, возможно, страдая от расстройства желудка, Кук начал демонстрировать нерациональное поведение, например, заставляя свою команду есть мясо моржей, от которого мужчины отказались.
Экспедиция вернулась на Гавайи в следующем году. После восьми недель изучения архипелага, Кук и его команда высадились в заливе Килакекуа на том месте, где сейчас находится Большой остров, где они пробыли целый месяц. Его прибытие должно совпасть с сезоном Макахики и великими празднествами, посвященными богу мира Лоно. Прибытие его кораблей и их проход через бухту вызвали их обожествление, Кук как вождь ассимилирован с Лоно. В течение месяца экипаж получает очень хороший прием. Вскоре после их отъезда с острова, повреждение пред мачты заставило их повернуть назад, чтобы починить его. Затем они решили вернуться на Большой остров Гавайи из-за оказанного им теплого приема. Во время этой второй остановки ощущалась напряженность между коренными жителями и англичанами, и разгорелись драки. Действительно, сезон Лоно закончился, и тогда наступает сезон Ку, бога войны. Возвращение Кука, считающееся олицетворением Лоно, вероятно, приравнивается к нарушению равновесия в мире. 14 февраля гавайцы украли лодку. Поскольку рейсы часто совершаются во время остановок, Кук держал несколько заложников до тех пор, пока украденный товар не был возвращен. На этот раз он планирует захватить в заложники лидера Гавайев Каланиопу'у, однако произошла стычка с жителями, напавшими на них с камнями и копьями. Британцы произвели несколько выстрелов, но вынуждены были отступить на пляж. Стоя на пляже между коренными жителями и англичанами, Кук обратился к ним с просьбой прекратить огонь, но внезапно получил удар по голове и упал в обморок. Гавайцы избили его до смерти, а затем забрали его тело.
Тем не менее, Кук пользуется уважением жителей Гавайев, и вожди сохраняли его тело (спорные гипотезы предполагают возможное потребление пищи человеком). Однако экипаж может извлечь некоторые останки и похоронить их в море с воинскими почестями.
Клерк принимает командование экспедицией. Воспользовавшись гостеприимством русского порта на Камчатке, он предпринял последнюю неудачную попытку пересечения Берингова пролива. Клерк умер от тифа в августе 1779 года, и лейтенант Гор, как и планировал Кук, отправился в обратный путь вдоль побережья Азии. В декабре в связи с войной за независимость Соединенных Штатов в порту Макао и Кантона были конфискованы журналы учета. Тем не менее, Гор сумел спрятать его копию. Резолюция и открытие прибыли в Великобританию 4 октября 1780 года. Отчет Кука завершает капитан Джеймс Кинг.
Среди советов и уроков этой поездки, Кук и его второй офицер подтвердили свои идеи по диете, чтобы избежать цинги , а также использование "перуанской коры", эквивалентной хинину.
Моряки, обученные Куком
Несколько молодых офицеров, служивших под руководством Кука, также оставили свои имена в истории.
- Вильгельм Блиг принял командование " Баунти " в 1787 году, с миссией вернуть хлебопекарные заводы. Эта поездка стала сценой самого известного мятежа, и Блиг был высажен своими людьми в открытом море. Позже он стал губернатором Нового Южного Уэльса.
- С 1791 по 1794 год Джордж Ванкувер возглавлял экспедицию вдоль западного побережья Северной Америки.
- Джордж Диксон, который участвовал в третьей экспедиции Кука.
- Томас Гилберт, который был частью Первого флота и открыл острова Гилберта.
