迪亚士于1487年8月率领一支由3只船组成船队离开里斯本。旗舰是他自任船长的卡拉维尔帆船“圣克里斯托旺”号，领航员是佩罗·德阿伦克尔；第二只是卡拉维尔帆船“圣潘塔莱昂”号，船长是若昂·因凡特，领航员是阿尔瓦罗·马丁斯；第三只是由迪亚士的兄弟佩罗·迪亚士任船长的横帆补给船，领航员是若昂·德圣地亚哥。

探险船队出发后，沿葡萄牙人非常熟悉的非洲西海岸航线向南航行，到达葡萄牙设在非洲沿岸的最后一个据点——位于黄金海岸的米纳堡。船队从米纳堡继续航行，进入热带非洲并竖起一块石碑，1487年12月，船队到达孔塞桑湾（现鲸湾?）?。继续航行相当一段距离后，在今好望角附近，船队遭遇到了风暴，被向南推去并远离海岸线。待风暴结束后，迪亚士船队向东航行却无法再找到原本南北走向的非洲大陆海岸。于是船队转向北航行，1488年2月3日，海岸线再次出现，这已充分证明船队已经成功绕过了非洲大陆最南端。迪亚士船队在非洲南端到达了一个海湾，遇到了一些当地的土著牧民，于是他将此海湾命名为“牧人湾”（后称莫塞尔湾）。从海湾继续向东，海岸线逐渐转向东北方向的印度，因此迪亚士确认自己已绕过非洲大陆南端的全部海岸，打通了前往印度的新航线。

迪亚士船队在1488年3月12日到达了此次航行的最远端——布须曼河河口附近的夸伊胡克并竖起了第二块石碑。迪亚士想要继续航行到印度，但他的船员由于过于疲惫，拒绝继续前行，迪亚士无奈只能开始返航。在返航途中，他在靠近大陆南端的地方发现了一个海角，由于这里是船队当初遭遇风暴的地方，他将其命名为“风暴角”，并竖起了第三块石碑。1488年12月，经过16个月的长途航行，迪亚士船队返回了里斯本港。

迪亚士的这次探险的伟大意义在于，欧洲人第一次打通了大西洋和印度洋之间的海上通道，标志着欧洲可以绕过伊斯兰世界直接与印度和亚洲其他地区展开贸易。但遗憾的是，此次探险的官方报告已经遗失了。

迪亚士最初命名为“风暴角”的海角，被葡萄牙国王若昂二世改名为“好望角”，因为这个海角代表着成功开辟东方航线的美好希望。

在迪亚士发现好望角之后10年，葡萄牙才再次向印度洋派出舰队。在此期间，一名葡萄牙间谍和探险家佩罗·达·科维良通过陆路到达了印度，并向王室提供了前往印度的新航线的重要资料。

根据自己的航行经验，迪亚士帮助葡萄牙建造了新的舰船“圣加布里埃尔”号和“圣拉斐尔”号，这两艘船最后在瓦斯科·达伽马的率领下绕过好望角，到达了印度。迪亚士参加了达伽马舰队航行的最初一段——从里斯本到佛得角群岛。

1500年，迪亚士作为佩德罗·阿尔瓦雷斯·卡布拉尔舰队中的一员，率领一只船参加了继达伽马之后的第二次印度远征，并随舰队于1500年4月22日到达纳米比亚海岸。5月24日，卡布拉尔船队在好望角海域遭遇了风暴，迪亚士和他的船戏剧性地在这个他当初命名为“风暴角”的地方葬身海底。