Nuoruuden lähde ja Floridan nimeäminen
Vaikka Espanjan kruunu oli antanut jonkin verran sijaa Ponce de Leónin kilpailijoille, kuningas Ferdinand halusi palkita Ponce de Leónin tämän uskollisista palveluksista. Vuonna 1512 kuningas kannusti häntä jatkamaan uusien maiden etsintää siinä toivossa, että hän löytäisi vielä lisää kultaa ja laajentaisi Espanjan valtakuntaa. Samoihin aikoihin Ponce de León sai tietää Karibianmeren saaresta nimeltä Bimini, jolla huhuttiin olevan ihmeellisiä vesiä, joiden väitettiin olevan ”nuoruuden lähde”. Taru oli tuttu Atlantin molemmin puolin, ja sen mukaan lähde sijaitsi Eedenin puutarhassa, jonka monet uskoivat sijaitsevan Aasiassa (varhaiset espanjalaiset uskoivat Amerikan olevan Aasiaa).
Vaikka nuoruuden lähteen etsiminen mainitaan usein hänen retkikuntansa motiivina, Ponce de León pystyi tekemään kruunun kanssa huomattavan tuottoisan sopimuksen retken järjestämisestä. Hänellä olisi yksinoikeus ja hänet julistettaisiin elinikäiseksi kuvernööriksi kaikkiin löytämiinsä maihin. Huomattavaa on, että kruunun määräyksissä ei ollut mainintaa nuoruuden lähteestä, ja viimeaikaiset tutkimukset osoittavat, että tällainen etsintä liitettiin hänen nimeensä vasta hänen kuolemansa jälkeen.
Maaliskuussa 1513 Ponce de León johti omalla kustannuksellaan kolmen laivan ja yli 200 miehen retkikuntaa Puerto Ricosta Biminiin. Kuukauden kuluttua hän miehineen rantautui Floridan itärannikolle. Hän ei tajunnut olevansa Pohjois-Amerikan mantereella, vaan luuli rantautuneensa toiselle saarelle. Hän nimesi alueen Floridaksi (joka tarkoittaa ”kukkainen”) viitaten sen rehevään kukkakasvillisuuteen ja koska hän löysi sen pääsiäisen aikaan, jota espanjalaiset kutsuivat Pascua Floridaksi (”kukkien juhla”).
Vaikka Ponce de Leónin usein uskotaan ”löytäneen” Floridan, hän vain rantautui alueelle, jolla oli ollut ihmisiä jo huomattavan kauan. Lisäksi hän ei ollut ensimmäinen eurooppalainen, joka tutki aluetta. Espanjalaiset retkikunnat olivat ryöstäneet Bahamaa säännöllisesti jo vuosia aiemmin, ja on todisteita siitä, että jotkut heistä olivat päässeet Floridan itärannikolle asti.
Palattuaan Puerto Ricoon myöhemmin samana vuonna Ponce de León löysi saaren kaaoksesta. Naapurikaribien heimo oli polttanut asutuksen maan tasalle ja tappanut useita espanjalaisia. Hänen oma talonsa oli tuhoutunut, ja hänen perheensä oli täpärästi välttynyt kuolemalta.
Jatkotutkimukset ja kuolema
Vuonna 1514 Ponce de León palasi Espanjaan, jossa hän raportoi löydöksistään ja hänet nimitettiin Bimininin ja Floridan sotilaskuvernööriksi, mikä varmisti luvan asuttaa nämä alueet. Espanjan kruunu määräsi hänet myös järjestämään pienen armeijan nujertamaan Puerto Ricossa alkukantaisten kapinan, joka oli jatkunut hänen poissa ollessaan. Hän lähti Espanjasta pienen laivaston kanssa toukokuussa 1515. Historialliset selostukset hänen ja karibien kohtaamisistaan Puerto Ricossa ovat epämääräisiä, mutta näyttää siltä, että kyseessä oli sarja sotilaallisia yhteenottoja, joilla ei ollut selvää lopputulosta. Ponce de León keskeytti vihamielisyydet lopulta kuultuaan, että hänen tärkein tukijansa, kuningas Ferdinand, oli kuollut Espanjassa, ja hän palasi nopeasti suojelemaan valtauksiaan ja arvonimiään. Hän jäi sinne kahdeksi vuodeksi, kunnes hän lopulta sai varmuuden siitä, että hänen taloudellinen valtakuntansa oli turvattu, ja palasi Puerto Ricoon.