Díaz y Coronado se reunieron en el camino, y Díaz se unió al grupo de Coronado, que lo envió en su segunda expedición para localizar e investigar algunas aldeas reportadas en la zona.
Al no tener noticias de la expedición terrestre Alarcón había fondeado sus navíos frente a la desembocadura del río Colorado y en botes había navegado río arriba hasta encontrar la confluencia con el Gila.
Exploró durante cuatro días al oeste del Colorado, quizás hasta el Valle Imperial.
Sus hombres lo subieron a una improvisada camilla y lo cargaron herido de regreso.
La muerte se demoró durante veinte días, pero murió en el camino, en enero de 1541.
Descubrió y reportó en 1540,[3] aguas termales geotérmicas, en la región al volcán de Cerro Prieto, en el área que posteriormente se denominó Valle de Mexicali, en donde quedó maravillado de las fumarolas que lo rodeaban y que en el siglo XX se instaló una central geotérmica para aprovechar tal energía.