"Forschungsdrang kennt keine Schwierigkeiten, keine Schranken." Petermanns Geografische Mittheilungen Karl Mauch gibt 1864 seine Stellung als Lehrer auf, und begibt sich auf eine siebenjährige Forschungsreise nach Süd-Afrika. In Begleitung des Elefantenjägers Henry Hartley durchquert er das Matabele-Königreich und kartiert, lediglich mit einem Taschenkompass ausgerüstet, das riesige Gebiet nördlich des Limpopo. Damit schafft er die Grundlage für die Kartierung Südostafrikas. 1867 entdeckt er zwei große verlassene Goldfelder im Mashonaland; reist weiter durch die Transvaal-Republik und an die Delagoa-Bucht in Mosambik - diesmal allein. Trockenperioden und das Misstrauen der Einheimischen lassen ihn immer wieder Rückschläge erleiden. Unterstützung erhält er all die Jahre vom großen Geographen August Petermann. Bevor eine Malaria-Erkrankung und die prekäre finanzielle Lage ihn 1872 endgültig zur Rückkehr nach Deutschland zwingen, macht er auf seiner letzten Reise 1871 seine größte Entdeckung: die Ruinen von Great Zimbabwe. Er hält sie für das biblische Goldland Ophir.