Priestley oli suorittanut toisen vuoden opintonsa, kun hän liittyi Shackletonin "Nimrodin" tutkimusretkelle geologiksi
(1907-09) Etelämannalle. Siellä hän työskenteli läheisesti tunnettujen geologien (Sir) Edgeworth Davidin ja Douglas Mawsonin kanssa, jotka olivat myös tutkimusretken jäseniä. Priestley keräsi mineraali- ja lihennäytteitä alueelta, mukaan lukien Ross-meren saaret, Erebus-vuoren pohjoispuoli ja Ferrar-jäätikön lähellä olevat vuoret. Hän oli mukana eturisteessä, joka asetti ruoka- ja polttoainevarastot Shackletonin lähes onnistuneelle yritykselle päästä eteläiselle puolalle ensimmäisenä vuonna 1909. Marraskuussa 1908 suoritetussa retkellä Priestley nukkui teltassaan kolme päivää lumimyrskyn aikana ulkona makuupussissaan. Kun lumimyrsky raivostui, hän liukastui hitaasti alas jäätikön päältä ja melkein kaatui sen päältä kuoliaaksi. Palattuaan tutkimusmatkalta hän vietti neljä kuukautta Englannissa ennen kuin palasi Sydneyn, Australiaan, työskentelemään Edgeworth Davidin kanssa geologisessa raportissa, joka julkaistiin lopulta vuonna 1914.