Priestley telah menyelesaikan tahun kedua studinya ketika ia mendaftar sebagai ahli geologi untuk Ekspedisi "Nimrod" Shackleton
(1907<unk>09) ke Antartika. Di sana ia bekerja erat dengan ahli geologi terkenal (Sir) Edgeworth David dan Douglas Mawson, juga anggota ekspedisi. Priestley mengumpulkan sampel mineral dan lichen dari wilayah tersebut termasuk pulau-pulau di Laut Ross, sisi utara gunung berapi Gunung Erebus, dan pegunungan di dekat Gletser Ferrar. Ia adalah bagian dari tim yang membangun gudang makanan dan bahan bakar untuk upaya Shackleton yang hampir berhasil menjadi orang pertama yang mencapai Kutub Selatan pada tahun 1909. Dalam sebuah ekspedisi pada November 1908, karena kurangnya ruang di tenda, Priestley menghabiskan tiga hari badai salju tidur di luar dalam kantong tidurnya. Saat badai salju mengamuk, ia perlahan-lahan tergelincir ke bawah gletser dan nyaris jatuh dari ujung gletser hingga mati. Setelah kembali dari ekspedisi, ia menghabiskan empat bulan di Inggris sebelum kembali ke Sydney, Australia, untuk bekerja dengan Edgeworth David pada laporan geologi, yang akhirnya diterbitkan pada tahun 1914.