За полярное путешествие Колчак в 1903 г. был награжден орденом св. Владимира IV степени, а за "выдающийся и сопряженный с трудом и опасностью географический подвиг" представлен в 1905 г. Русским географическим обществом к большой Константиновской золотой медали — награде, которой ранее удостаивались Н. А. Норденшельд и Ф. Нансен, в феврале 1906 г. избран в действительные члены этого общества[23]. По итогам спасательной экспедиции Колчак составил "Предварительный отчет начальника экспедиции на землю Беннетт для оказания помощи барону Толлю" и опубликовал статью "Последняя экспедиция на остров Беннетт, снаряженная Академией наук для поисков барона Толля". Один из островов Карского моря был назван в честь лейтенанта Колчака; но в конце 30-х годов этот остров был переименован в память о матросе яхты "Заря" Расторгуеве, принимавшем участие в экспедиции Толля. Однако поныне островок в архипелаге Литке и мыс на о-ве Беннетта носят имя жены Колчака — Софьи. Лишь в 1926 г. комиссия по изучению Якутской АССР в материалах по изучению земного магнетизма в Якутии опубликовала результаты ежечасных наблюдений над магнитным склонением во время зимовок, а также абсолютные магнитные определения за 1900 — 1902 гг., произведенные Колчаком и Ф. Г. Зебергом[24].
Начало русско-японской войны застало Колчака в Якутске. В срочной телеграмме в Академию наук 28 января 1904 г. он просит разрешения выехать в эскадру Тихого океана и получает согласие. В марте он вступил в брак с Омировой[25], сдал дела экспедиции своему помощнику П. В. Оленину, выехал в Порт-Артур и вскоре явился к командующему флотом Тихого океана вице-адмиралу С. О. Макарову. Лейтенант был назначен вахтенным начальником на крейсер "Аскольд", в апреле переведен на минный транспорт "Амур", а затем стал командиром эсминца "Сердитый"[26], который совершил ряд смелых атак на японскую эскадру. Под командованием Колчака была поставлена к югу от устья Амура минная банка, на которой подорвался японский крейсер "Такасаго".
В воспоминаниях контр-адмирала С. Н. Тимирева говорится о плане экспедиции для прорыва блокады Порт-Артура с моря и активизации действий против японских транспортов в Желтом море и на Тихом океане. В разработке плана участвовал и Колчак. Сменивший погибшего Макарова адмирал В. К. Витгефт отменил реализацию плана. В ноябре 1904 г. Колчак был назначен командиром 120-мм и 47-мм батарей на северо-восточном крыле крепости Порт-Артур с прикомандированием на довольствие к броненосцу "Ретвизан"[27]. Для поджога японских укреплений Колчак попытался использовать керосиновые гранаты, но безрезультатно. С 3 по 21 декабря 1904 г. он вел дневник. Есть в нем и такая запись: "У нас много новых заболеваний цингой среди команды, и число цинготных теперь не менее 30 %. Люди постоянно простужаются, не имея теплого платья, едят одну… живут черт знает в каких-то землянках — понятно и заболевают цингой".
А вот описание дня капитуляции Порт-Артура: "Редко кое-где слышались отдельные ружейные выстрелы или отдельные удары взрывов; Порт и город скрывались в густом тумане и дыме горевших судов. Получено вторичное приказание ни под каким видом не открывать первыми огня — очевидно, японцы получили такое же приказание… После полдня мертвая тишина — первый раз за время осады Артура… Объявлено перемирие по случаю переговоров о капитуляции крепости. Около 10 ч. утра "Севастополь" показался перед входом во внутренний рейд — и стал тонуть, через 5 минут он исчез под водой. Суда взорвали… Вечером известили нас, что крепость сдалась, и получили приказание ничего более не взрывать и не портить… Флот не существует — все разрушено и уничтожено; вход в Гавань прегражден затопленными мелкими судами, кранами и землечерпательными машинами; 4 миноносца ушли ночью в Чифу, кажется с 2 минными катерами"[28].
Раненый, с тяжелой формой суставного ревматизма Колчак оказался в плену у японцев. В Нагасаки японское правительство предложило больным и раненым пленным пользоваться лечебными учреждениями Японии или же через США возвратиться домой. В апреле 1905 г. Колчак вернулся в Петербург. За службу на "Сердитом" в ноябре 1904 г. он был награжден орденом св. Анны IV степени с надписью "За храбрость"; в декабре 1905 г. по возвращении из плена — золотой саблей с надписью "За храбрость" и орденом св. Станислава II степени с мечами за отличие под Порт-Артуром; в 1906 г. получил серебряную медаль "Памяти русско-японской войны", в 1914 г. — нагрудный знак для защитников Порт - Артура[29].