Jego wysiłki, włożone w tę ekspedycję oraz dokonania artystyczne sprawiły, że został w 1833 roku wybrany na członka American Philosophical Society. W latach 1838–1842 uczestniczył jako przyrodnik w kolejnej wyprawie badawczej, United States Exploring Expedition pod kierownictwem Charlesa Wilkesa. Celem ekspedycji Wilkesa, jednej z najbardziej ambitnych amerykańskich wypraw w połowie XIX wieku, było opłynięcie kuli ziemskiej, włącznie z odwiedzeniem takich regionów, jak Fidżi, Filipiny, Wybrzeże Północno-Zachodnie i Kalifornia. Ekspedycja dla Peale’a okazała się jednak nieudana. Zatonięcie statku u ujścia rzeki Kolumbii oznaczało dla niego przepadek jego najważniejszych okazów, a dodatkowo, po powrocie do Filadelfii pojawiły się między nim a Wilkesem nieporozumienia co do zasług na polu odkryć naukowych oraz planów publikacji ich rezultatów. W 1848 roku ukazała się w Filadelfii, w limitowanym nakładzie, książka Peale’a Mammalia and Ornithology, ale później została wycofana przez Wilkesa, a jej miejsce zajęła Mammalogy and Ornithology Johna Cassina z 1858 roku.