En 1925, Bernt Balchen fut pilote pour l'expédition Amundsen-Ellsworth devant cartographier le Spitzberg. L'année suivante, il devint membre de l'expédition arctique Amundsen-Ellsworth-Nobile, qui tenta de survoler en avion le Pôle Nord. Suite à une décision de dernière minute prise par Amundsen, Balchen ne fut pas choisi pour le vol final. Plus tard, en 1958, dans son autobiographie, Balchen soutint que les concurrents d'Amundsen, Richard E. Byrd et Floyd Bennett, avaient échoué dans leur propre tentative d'aller et revenir du pôle en avion quelques jours plutôt. Balchen base son raisonnement sur des calculs qu'il réalisa avec les vitesses et données de navigation de Byrd.
En 1926, sponsorisé par Joseph Wanamaker, Balchen vola avec le Ford Trimotor "Josephine Ford" comme co-pilote et navigateur de Floyd Bennett sur un itinéraire incluant plus de 50 villes américaines, promouvant ainsi l'aviation commerciale comme un moyen de transport sûr, fiable et pratique.
En 1927, Balchen effectua, avec Richard E. Byrd, le premier vol expérimental de l'USPS au-dessus de l'océan Atlantique. Le mauvais temps et les mauvaises conditions de visibilité rendirent l'atterrissage impossible, malgré de multiples tentatives. Quand l'avion arriva a court de carburant, Balchen arriva à amerrir près des côtes françaises. L'équipage en sortit indemne
Les 28-29 novembre 1929, Balchen devint la première personne à voler au-dessus du Pôle Sud, pilotant pour Byrd.
À cause de sa réputation d'expert de l'aviation polaire et transatlantique, Balchen fut engagé en 1931 par Amelia Earhart en tant que conseiller technique pour un vol transatlantique en solo. Dans une tentative de leurrer la presse de l'époque, Earhart confia son Lockheed Vega à Balchen qui était supposé préparer un vol en Antarctique. Balchen amena le Vega à la fabrique d'avion Fokker sur les hauteurs d'Hasbrouck, dans le New Jersey. De là, lui et ses mécaniciens Frank Nagle et Eddie Gorski préparèrent l'avion pour le record à venir. Le fuselage fut renforcé pour emporter des réservoirs supplémentaires de carburant, jusqu'à 420 gallons (1600 litres) de carburant. Des instruments supplémentaires furent aussi installés. Une fois ces modifications effectuées, Earhart traversa avec succès l'Atlantique le 20 mai 1932.
