Au retour de sa première mission, Brazza rédige un rapport de trois cent pages pour le ministre de la Marine. Il est par ailleurs contacté par le roi des Belges qui lui demande de participer à ses projets d'exploration et d'occupation de l'Afrique ; Brazza, très attaché à sa patrie d'adoption, refuse. Stanley, au service du roi de Belges, est déjà en route pour fonder des stations et passer des traités avec les populations. Brazza propose alors un projet d'occupation du Congo au Comité français de l'Association internationale africaine. Ce projet est accepté et 20 000 francs lui sont accordés. L'objectif de la mission est de choisir l'emplacement d'une ou deux stations "hospitalières et scientifiques". Il s'embarque à Liverpool, le 27 décembre 1879 et arrive en mars 1880 à Lambaréné. Il repère plusieurs emplacements de stations, fonde Franceville et rejoint le fleuve Congo. Il arrive chez le Makoko, roi des Batéké, qui offre ses terres à la France par un traité signé le 10 septembre. C'est l'origine du Congo français. Brazza quitte le Makoko le 18 octobre 1880, suit le Congo jusqu'à Vivi où il rencontre Stanley, dont il est l'hôte pendant deux jours et auquel il cache le traité qu'il vient de conclure. Il repart ensuite d'Afrique, et est remplacé, dans l'administration des stations, par le lieutenant de vaisseau Mizon, détaché de la marine. Brazza est à Paris le 7 juin 1882.