К осени 1909 г. корабли были приготовлены к плаванию на Дальний Восток. В смете снаряжений экспедиции Колчак определил ее цели: «Эти транспорты, приняв полный запас угля со специально посланного для этой цели судна, используют навигационный период на гидрогра-фические работы в районе Берингова пролива до устья реки Лены и ко времени прекращения плавания в Ледовитом океане уйдут во Владивосток с тем, чтобы в следующем году продолжать дальнейшие работы по исследованию Северного Ледовитого океана».
27 октября 1909 г. корабли направились из Петербурга через Суэцкий канал во Владивосток («Вайгач» под командой А. В. Колчака и «Таймыр» — Ф. А. Матисена). Уже на пути следования проводились научные наблюдения. 3 июля 1910 г. суда прибыли во Владивосток, несколько позже, чем следовало, для осуществления плавания в Арктику. Во Владивосток сушей еще позднее — 9 августа — прибыл и начальник экспедиции полковник И. С. Сергеев. Причиной задержки послужила длительная остановка судов в Гавре для устранения конструктивных недостатков судов и аварийной неисправности на «Таймыре» (в связи с этим Матисен был отозван и заменен А. А. Макалинским).
А. В. Колчак горел идеей открытием Северного пути, заражал ею и других.
Во время остановки «Вайгача» в Петропавловске-Камчатском на корабль поднялся Е. Шильдкнехт, также моряк, штурманский офицер с транспортного судна «Колыма». Ему очень хотелось осмотреть пришвартованный необычный ледокольный корабль. Колчак сам знакомил офицера с судном. «Показав мне весь корабль, — вспоминал Шильдкнехт; — он не ограничился этим, а пригласил меня к себе, вытащил кучу чертежей и прочел мне целую лекцию о конструк-ции ледоколов, условиях образования льдов и торосов и предполагаемых возможностях плава-ния Северным путем. Обладая колоссальной эрудицией как общей, так и в этом специальном вопросе, Колчак сделал свою лекцию настолько, не скажу даже интересной, а просто увлекатель-ной, что я не заметил, как пролетели два часа, проведенные с ним. Это побудило меня хлопотать о назначении на ледоколы и действительно Штаб Сибирской флотилии назначил меня на „Таймыр“, где я пробыл зиму 1911 года». Главное гидрографическое управление на навигацию 1910 г. поставило ограниченные задачи: пройти в Берингов пролив и обследовать его район, имея основным пунктом для съемок и больших астрономических наблюдений мыс Дежнева, на зимовку вернуться во Владивосток. Главная часть программы откладывалась на весну 1911 г. Задание было частично выполнено, необходимые научно-исследовательские работы в районе мыса, в которых участвовал и Колчак, завершены. По возвращении во Владивосток Л. В. Колчак узнал о благоприятных переменах в морском министерстве. Новый начальник Морского Генерального штаба князь А. А. Ливен, как и Л. А. Брусилов, разделял взгляды прогрессивно настроенных офицеров. Повысилось влияние товарища министра и представителя министерства в Государственной думе капитана 1-го ранга (с 1911 г. — контр-адмирала) И. К. Григоровича. Недовольство действиями министра С. А. Воеводского нарастало. Чуть позднее, в 1911 г., он был смещен и его кресло занял И. К. Григорович. Колчака просили приехать в Петербург и продолжить работу в Генеральном штабе по проведению в жизнь судостроительной программы. После некоторого колебания Колчак на предложение ответил согласием и зимой приехал в столицу.
Экспедиционные работы в следующем году были продолжены без него, но с использованием и его идей, под руководством И. С. Сергеева, затем Б. А. Вилькицкого. В 1911 — 1915 гг. экспедиция изучила наиболее трудный для плавания участок у берегов Таймыра, открыла пролив Б. А. Вилькицкого, Землю императора Николая II (потом — Северная земля), остров царевича Алексея (мыс Таймыр), остров А. И. Вилькицкого и другие, сделала практические шаги по прокладыванию трассы Северного морского пути. Затем этот путь — от Владивостока до Архангельска был проложен. Основные работы были проведены уже под руководством Б. А. Вилькицкого. Хотя многие материалы экспедиции в июле 1918 г. при подавлении антибольше-вистского выступления в Ярославле погибли, все же оставшаяся их часть использовалась потом при освоении Арктики еще целые десятилетия. Картами и лоциями экспедиции полярники пользовались и в 30-е годы.
На этом непосредственная, столь плодотворная и значимая деятельность А. В. Колчака, как полярного путешественника и исследователя закончилась. Однако мысли о далеком сибирском севере его не оставляли. Он, в частности, в 1912 г. участвовал в обсуждении плана экспедиции Г. Я. Седова к Северному полюсу, указывал на его серьезные недостатки.