Il visita le premier la Nouvelle-Zemble et en reconnut successivement la côte occidentale sur une longueur de 6 degrés, et la côte Nord, jusqu'au cap Nassau. Une nouvelle expédition, entreprise en 1595 n'ayant pas abouti, Barendsz tenta une troisième fois la fortune en 1596. Il découvrit le Spitzberg, puis retourna à la Nouvelle-Zemble, et il achevait d'en relever la côte Nord, lorsque son navire fut inopinément pris dans les glaces. L'équipage dut hiverner sur cette terre de désolation et y souffrit des privations inouïes pendant plus de dix mois. 

Quand la température fut enfin redevenue plus clémente, le navire de Barendsz n'était plus capable de tenir la mer, et ses marins s'embarquèrent sur leurs chaloupes; ils eurent le bonheur d'être recueillis par un navire hollandais, et retournèrent chez eux après dix-sept mois d'absence; leur chef mourut au cours du voyage. En somme, on doit à Barendsz la découverte des deux plus grandes îles des mers boréales.  (E. Hubert).