寻找东北通道的不仅仅是英国人。荷兰人在英国人失败后，也组织了探险队，队长就是巴伦支。
1594年6月，由四艘船组成的探险队，分成两路，以开辟到中国的航线为目的。由巴伦支当船长的一路，到达了新地岛的最北部。16世纪时，欧洲国家没有一个探险队走这么远。另一路一直往东，像英国人一样也驶进喀拉海。同年九月，四艘船返回荷兰。
1595年，荷兰又派出第六支探险队，巴伦支再次出海。船队到新地岛后遇到了大块大块的浮冰，行动艰难，好不容易到喀拉海，船就被浮冰堵住了。这次探险队队长不是巴伦支，队长畏首畏尾不敢前进。队长派两个水手到冰块上去探路时，被两只饥饿的北极熊撕成碎片吃掉了。大家都吓坏了，要求返航，巴伦支一再说服也没有用，这次探险没有成果。
1596年荷兰再次组织探险队，巴伦支又参加了，当了船上的领航员。
船队驶过欧洲大陆西北角后，没有掉头向东，而是继续朝东北而去，想在极点处找到航路。6月19日，他们在北纬80。发现了一块陆地。因该地山势峥嵘，便取名为斯匹次卑尔根（意思是尖峭的山地）。在这里又遇到巨大冰块，大家意见分歧，巴伦支所在船支持巴伦支意见，掉头向东驶去。
巴伦支他们与冰块搏斗，冒险航行，好不容易来到新地岛东北海角，船就被冰撞坏，无法航行，只好在这里越冬。他们把船上的东西搬到岛上，又拆下船板盖起小屋，跟严寒作斗争。这时有些人得了坏血病，一个个地死去了，巴伦支也病得厉害。第二年夏天，荷兰人只好乘两条小船逃生，遇到浮冰就把小船拖到冰层上，再拖着小船步行。临走前，奄奄一息的巴伦支还写了一份报告，放在小屋炉灶旁。1676年人们发现了这座倒塌的房屋，才知道巴伦支死了，那时他才47岁。
历史学家研究了这几次的探险记载，尽管巴伦支只当过一次队长，但实际上三次探险他都是主角。人们为了纪念他的功绩，就把埋葬他的大海称为巴伦支海。
