Группа Уилкинса с 22 августа по 21 сентября налетала более 10000 миль над Ледовитым океаном и достигла предполагаемого района катастрофы. Но затем лагуны покрылись льдом, и каждая посадка становилась опасной. 25 сентября экипаж Уилкинса вернулся в Нью-Йорк.
Летчик Грацианский в период с 14 сентября по 30 октября совершил с мыса Барроу шесть полетов. Самый дальний — по 148-му меридиану до 75 градусов 30 минуты северной широты. Экипаж провел в воздухе 42 часа, покрыл расстояние 10000 километров.
Поисковая экспедиция под командованием начальника полярной авиации Марка Шевелева прибыла на остров 14 сентября. Но уже наступала полярная ночь, к тому же бушевала метель. 7 октября Михаил Водопьянов совершил, по сути, один-единственный серьезный поисковый полет. Он продолжался 10 часов — первый в мире ночной полет за Северный полюс.
В начале октября в Москве был сформирован еще один отряд тяжелых самолетов под руководством опытнейшего полярного летчика Б.Г. Чухновского. Самолеты снабдили дополнительными фарами, новыми приборами; однако и этому отряду пропавший самолет обнаружить не удалось. Непогода заставила на два месяца приостановить поиски.
14 и 15 января 1938 года американец Уилкинс с пилотом Кеньоном совершили первый полет при лунном свете. Они пролетели на Север и обратно расстояние около 1420 миль, сделав поворот в точке, расположенной на 76 градусе северной широты и 170 градусе западной долготы, где встретились с густой облачностью.
14 марта отважные американцы совершили последний поисковый полет. Они достигли точки 87 градусов 50 минут северной широты и 105 градусов западной долготы, затем повернули обратно и приземлились в Аклавике, преодолев расстояние примерно 3300 миль.
Внимание поисковой группы на Аляске привлекло сообщение эскимосов, якобы видевших 21 августа в Бичи-Пойнт какой-то самолет, появившийся примерно в 5 милях от берега и потом исчезнувший. Уилкинс сказал, что Леваневский, по-видимому, долетел до Эндикотта (горного хребта, вытянувшегося вдоль побережья Аляски) и потерпел аварию. Полярный исследователь заявил, что необходимо обследовать район к северу от Эндикотта — от 144 до 150 градусов долготы.
2 и 3 марта Уилкинс облетел район высокогорья, но на след пропавшей экспедиции ему выйти не удалось. Отчет о своем полете он отправил В. Стефансону. По мнению последнего, «возможность нахождения в горах обломков мала. Если бы люди уцелели, ушли бы в безопасное место. Если бы произошло столкновение с горой в тумане, это привело бы к погребению самолета под снегом».
Среди прочих высказывалась следующая гипотеза: после посадки в районе 88—86 градусов 148-го меридиана экипаж Леваневского дрейфовал в сторону Северного полюса, и по аналогии с экспедицией папанинцев их льдину понесло к Атлантическому океану. К середине зимы «лагерь» Леваневского — теоретически — мог оказаться между Землей Франца-Иосифа и Гренландией.
Советская поисковая экспедиция с острова Рудольфа предприняла 31 марта 1938 года полет в направлении Гренландии. Его совершил Я. Мошковский. Экипаж облетел район между 82 и 84 градусами к востоку от Гренландии, но ничего не обнаружил.
Некоторые американские специалисты считали, что льдина с лагерем Леваневского могла попасть в водоворот и двигаться вдоль канадских арктических островов и побережья Аляски.
Буквально все радисты, работавшие в Арктике, круглосуточно слушали, не раздастся ли долгожданный позывной самолета Н-209 — РЛ. Все радиограммы передавались цифровым кодом. Много споров до сих пор вызывает последняя радиограмма Леваневского — «48340092»: 48 — предполагаем совершить посадку в… 92 — Леваневский. Но что скрывается под цифрой «3400»? На это счет существует несколько версий.
У штурмана Левченко была карта Арктики, разбитая на пронумерованные квадраты, по которым передавались на борт метеосводки. Квадрат 34, с координатами 70—75 градусов северной широты и 85—115 градусов западной долготы, приходится на район Канадского архипелага. Не исключено, что Леваневский после отказа мотора мог направить самолет именно в этот район и достичь одного из островов. Ведь здесь, кстати сказать, встречаются небольшие эскимосские поселки.
Согласно другой версии, экипаж при вероятном отказе или неустойчивой работе навигационных приборов все время уклонялся вправо от намеченного курса и спустя многие часы полета оказался в Якутии.