Az I. világháború alatt számos repülési és navigációs technikát fejlesztett ki, majd a háború után az ő tervei alapján hajtották végre hidroplánokkal az első transzatlanti repülést. Byrd 1926. május 9-én pilótájával, Floyd Bennettel - saját állítása szerint - elérte az Északi-sarkot, de állítását nem tudta igazolni, s halála után előkerült naplói szerint is kudarcot vallott. Mindenesetre a kísérlet hírnevet hozott neki, a rá irányuló figyelmet pedig arra használta ki, hogy támogatókat találjon a Déli-sarkot megcélzó expedíciójához.

1927-ben ő is pályázott a 25 ezer dolláros díjra, az Atlanti-óceánt leszállás nélkül átrepülő pilótának tűztek ki, de felkészülés közben gépe összetört, s Lindbergh megelőzte. Byrd ezután már csak saját magának bizonyítva tette meg az utat, és kényszerleszállást végrehajtva, de épségben landolt Normandiában.

Egy évvel később belevágott az antarktiszi expedícióba, két hajóval és három repülővel indult a a Déli-sarkvidék feltérképezésére. Útjuk során számos fotót készítettek, geológiai vizsgálatokat végeztek, s végig sikerült rádiókapcsolatot fenntartaniuk a külvilággal. Byrd 1929. november 29-én három társával (Bernt Balchen pilóta, Harold June rádiós és Ashley McKinley fotós) a Floyd Bennett nevét viselő repülőgéppel elérte a Déli-sarkot. A történelmi jelentőségű utat az antarktiszi bázisról a Föld legdélibb pontjáig és vissza 18 óra és 41 perc alatt tették meg, így immár jogosan írta be magát a történelemkönyvekbe.

Az Antarktisztól nem tudott elszakadni: még négy expedíciót vezetett oda 1933-1935, 1939-1941, 1946-1947, valamint 1955-1956 között. Második útja során öt hónapot töltött egyedül egy meteorológiai állomáson, és csak egy hajszálon múlott, hogy nem halt meg szén-monoxid mérgezésben, életét a szabálytalanul érkező rádiójelek miatt aggódó társai mentették meg.

Amikor Byrd 1938-ban Hamburgban járt, a náci vezetés arra kívánta rávenni, hogy csatlakozzon a Déli-sarkvidéken létesíteni kívánt német "Neuschwabenlandot" feltérképező expedícióhoz, de ő nemet mondott. A II. világháborúban tanácsadóként és elemzőként segítette a haditengerészetet a csendes-óceáni hadszíntéren, majd Roosevelt elnök kérésére elvállalta az Antarktiszi Szolgálat parancsnokságát.

1945 után már kormánytámogatást is kapott, negyedik útjára a parancsnoki hajó mellett három repülőgép-hordozó, 13 másik hajó, 6 helikopter, 6 hidroplán és 15 repülőgép kísérte. Az összeesküvés-elméletek hívei szerint a négyezer fős armadára a háború alatt az Antarktiszon végzett náci tevékenység feltárása miatt volt szükség. Még merészebb legendák szerint Hitler kifüstölése volt a cél, aki nem követett el öngyilkosságot, hanem Neuschwabenland jege alá menekülve visszatért a festészethez.

Richard E. Byrd, az Antarktisz egyik legnagyobb felfedezője nem sokkal utolsó expedícióját követően, 1957. március 12-én halt meg.