Служба на иностранном флоте не считалась все же изменой, и уже в следующем году Английская Ост-Индская компания взяла Гудзона к себе на службу и дала ему для поисков Северо-Западного прохода маленькое судно «Дискавери» («Открытие») в 55 т, с командой в 23 человека. Ему не вполне доверяли: стало известно, что во время прошлого плавания к американским берегам моряки были очень недовольны своим командиром и это недовольство несколько раз грозило перейти в открытый бунт. Поэтому директора компании назначили старшим офицером «Дискавери» незнакомого Гудзону моряка, считая его вполне надежным человеком.
17 апреля 1610 г. Гудзон вышел из Лондонского порта. В устье Темзы он высадил на берег навязанного ему «наблюдателя». Уже на переходе к Исландии поднялся ропот среди команды, с которой капитан и на этот раз никак не мог поладить. От Исландии Гудзон перешел к восточному берегу Гренландии.
Там он начал спускаться на юг, напрасно отыскивая проход в Тихий океан, обогнул южную оконечность Гренландии, а оттуда повернул на запад. Не найдя пролива у северного берега земли Мета-Инкогнита, открытой Фробишером, он обогнул этот полуостров Баффиновой Земли с юга и 5 июля попал в настоящий пролив (Гудзонов). Медленно, на ощупь вел свое судно Гудзон вдоль северного берега пролива, забитого льдами. 11 июля он выдержал сильный шторм, перешел к противоположному берегу и вторично открыл там залив Унгава, затем закончил открытие всего северного побережья Лабрадора.
2 августа у 63°20' с. ш. показалась земля, которую Гудзон принял сначала за выступ материка (о. Солсбери). На следующий день судно обогнуло мнимый выступ, и перед моряками открылось на западе, под бледными лучами северного солнца, широкое серебристо-голубое пространство — свободное ото льда, спокойное море. 3 августа 1610 г, Гудзон внес следующую запись в судовой журнал: «Мы пошли [на запад] по узкому проходу между островами Дигс и Лабрадор. Мыс у входа из пролива с южной стороны я назвал Вулстенхолм». Это последняя запись, сделанная рукой Гудзона.
Остальное через полгода досказал в Лондоне Абакук Приккет, моряк с «Дискавери». За мысом Вулстенхолм берег круто повернул к югу. Судно шло несколько недель вдоль берега. На западе далеко от материка в ясную погоду моряки видели сушу и решили, что это противоположный берег широкого пролива, ведущего их в Тихий океан. На самом же деле это были цепи островов, которые протягиваются вдоль западного берега Лабрадора в 50—150 км от него (Мансел, Оттава, Ту-Бротерс, Слипер, Кинг-Джордж, Белчер). В конце сентября, пройдя на юг по мнимому проливу более 1200 км, моряки попали в сравнительно небольшой залив (Джемс). Среди команды вспыхнуло недовольство, и Гудзон якобы высадил на берег моряка, которого считал главным смутьяном. В ноябре у южного берега залива, у 53° с. ш., судно было окружено льдами и выброшено на берег. Зимовка проходила в сносных условиях: топлива вполне хватало, а охота на птицу часто давала много пищи.
В середине июня следующего, 1611 г. судно спустили на воду. Началось медленное продвижение на север. Через неделю недовольство команды перешло в открытое возмущение; 22 июня бунтовщики бросили в лодку Генри Гудзона с мальчиком-сыном, помощника штурмана и еще шесть человек, верных капитану, и оставили их на произвол судьбы — без оружия и без продовольствия. Единственный уцелевший офицер — штурман Роберт Байлот — привел осенью 1611 г. «Дискавери» обратно в Англию. На родину вернулись 13 человек, по другим данным — восемь. К капитану-неудачнику пришла редкая посмертная слава: «Большая Северная река», открытая до него, названа его именем — рекой Гудзона; пролив, открытый С. Каботом, Гудзоновым проливом; море, ставшее его могилой,— Гудзоновым заливом.