В 1541 году, узнав, что Гонсало Писарро готовит экспедицию в поисках Эльдорадо, Орельяна, 30 лет от роду, решил присоединиться к нему. Он собрал отряд из 320 испанцев и четырёх тысяч индейцев-носильщиков и вышел из Куско в Кито. В Кордильерах были сильные снегопады и такие сильные морозы, что многие индейцы замёрзли насмерть. В декабре 1541 года, перейдя через Восточные Кордильеры, Орельяна вышел к реке Напо, став её первооткрывателем.

Флотилия Франсиско Орельяны состояла из бригантины и четырех каноэ. На этих судах он разместил 57 испанцев, среди которых было два монаха. Один из них — Гаспар Карвахаль — составил описание путешествия.

По версии Орельяны — Карвахаля, быстрая Напо в течение нескольких дней унесла испанцев за сотни километров от начала плавания, а на берегах реки все еще не встретилось ни одного селения. Люди Орельяны страдали от голода, варили и ели седельную кожу. Только с 5 января 1542 г. на пути начали попадаться деревни, где путем грабежа или мирного обмена они добывали припасы. Вернуться было невозможно: по суше дорог просто не существовало, а по реке против течения им пришлось бы идти на веслах целые месяцы.