Работы экспедиции начались в 1733 г. и окончились в 1743 г. В этот десятилетний период времени отдельными отрядами, частью на небольших судах, частью сухим путем, сделана опись берегов Сибири от Белого моря до устья реки Колымы. Архангельский отряд (главные деятели: лейтенанты Малыгин и Скуратов) описал берег до устья Оби. Обский отряд (лейтенант Овцын) описал Обскую и Тазовскую губы и берег океана до реки Енисея и также (штурмана Минин и Стерлегов) нижнее течение Енисея и западную сторону Таймурского полуострова до широты 75°. Отряд, вышедший из реки Лены (лейтенанты Прончищев и Харитон Лаптев, геодезист Чекин и штурман Челюскин), описал восточный берег Таймура до широты 77 1/2° и, по невозможности обойти морем окруженную льдами северную часть Таймурского полуострова, сделал опись всего прибрежья, объехав его сухим путем; причем самая северная оконечность Таймура «
Беринг, с главным отрядом своей экспедиции, проведя три года в Якутске в заботах и приготовлениях к предстоящим морским плаваниям, только в 1737 г. перебрался в Охотск, куда еще в 1732 году послан был для устройства порта находившийся в ссылке бывший обер-прокурор сената Скорняков-Писарев. Вопиющие недостатки средств, происходившие от бесплодной местности Охотска, огромные трудности сообщения его с отдаленным Якутском, а также ссоры Беринга с сибирскими властями и членов экспедиции между собой страшно замедляли дело. Но, несмотря на все трудности и препятствия, к 1738 г. в Охотске было исправлено и вновь построено несколько небольших судов. На них капитан Шпанберг и лейтенант Вальтон осмотрели гряду Курильских островов и доходили до Японии. Кроме того, другими лицами осмотрены и частью описаны берега Камчатки и Охотского моря до Шантарских островов включительно.
Сам Беринг и капитан-лейтенант Чириков, прозимовав в Камчатке, в Авачинской губе, и положив здесь основание Петропавловского порта, в 1741 году вышли в море на двух пакетботах для исследования неизвестного берега Америки и островов, находящихся между нею и Камчаткой. Беринг, случайно разлучившийся с Чириковым, после полуторамесячного плавания подошел к Америке, близ залива Якутат, и на обратном пути, задерживаемый сильными и продолжительными противными ветрами, открыл несколько островов, лежащих близ полуострова Аляски и в Алеутской гряде. После бедственного плавания при отчаянном положении судна, с изнуренным голодом, полумертвым экипажем, больной Беринг высадился на остров, получивший впоследствии его имя, и здесь скончался. Чириков подошел к берегу Америки южнее острова Ситхи, но при осмотре вновь открытой земли, потеряв оба бывшие у него гребные судна, поставлен был в необходимость поспешить возвращением в Камчатку. Открыв по пути некоторые из Алеутских островов, он, с большой потерей команды, также больной, прибыл в Петропавловск. Находившиеся при экспедиции академики и студенты академии собрали драгоценные научные сведения о Сибири. Наиболее важные труды принадлежали историку Миллеру, естествоиспытателю Гмелину и студенту Крашенинникову, составившему весьма полное описание полуострова Камчатки.