Кроме этих съемок на близких внутренних морях России гидрографические исследования коснулись и негостеприимных вод Северного Ледовитого океана. В 1819 году для описи острова Новая Земля отправлен был к Маточкину Шару на бриге Новая Земля лейтенант Андрей Петрович Лазарев, впоследствии командовавший одной из дивизий Балтийского флота. Чрезвычайное обилие льдов не дало возможности даже приблизиться к берегу, и Лазарев, после нескольких безуспешных попыток пробраться между льдов, в начале сентября должен был возвратиться в Архангельск. Донесение своему местному губернатору молодой моряк, видимо глубоко тронутый своей неудачей, оканчивает следующей оригинальной фразой: «Если неуспех, при всей моей дерзости преодолеть препятствия самой природы, есть мой проступок, то прошу ваше превосходительство взыскать на мне».
К той же Новой Земле и на том же бриге лейтенант, потом произведенный в капитан–лейтенанты, Ф. П. Литке с 1821 по 1824 год сделал 4 плавания. Первое из них по причине льдов, окружавших остров, было так же безуспешно, как и плавание Лазарева. В 1822 году, по выходе из Архангельска, Литке сначала сделал обозрение Лапландского и Мурманского берега, от мыса Святой Нос до устья реки Колы, и описал находившиеся у этого берега рейды и гавани, при которых были становища мореходов–рыбопромышленников. Достигнув Новой Земли, он направился вдоль западного ее берега к северу и, встретив 11 августа на широте 76°35' непроходимые ледяные поля, возвратился к Маточкину Шару. Осмотрев его и южный берег Новой Земли, Литке возвратился в Архангельск. В плавание 1823 года Литке произвел опись Лапландского берега, начиная от Оленьего острова, и также северного берега пролива Маточкин Шар, южный берег которого описан был еще в 1768 году штурманом Розмысловым. Четвертое плавание в 1824 году, по причине непроходимых льдов, относительно Новой Земли было почти так же безуспешно, как и первое; но оно вознаграждалось успешными работами двух других экспедиций, находившихся также под начальством и руководством Литке: лейтенант Демидов, на бриге Кетти, производил промер Белого моря, и описные работы, начатые штурманом Ивановым в устьях Печоры в 1821 году, были закончены им в 1824 г.
Трудность этих плаваний, кроме борьбы со льдами, увеличивалась еще отсутствием верных карт. Бриг, попадая два раза на неизвестные мели, едва не разбился: первый раз на совершенно открытом месте при выходе из Белого моря, а второй в Карском проливе, где у брига вышибло руль и обратило в щепы часть киля. Примером неверности прежних карт может служить расстояние между мысами Канин и Святой Нос, обозначенное на карте 24–мя морскими милями более настоящего, и множество других неверностей, в числе которых было отсутствие обозначения опаснейших банок, лежащих на фарватере. Сроднившийся с опасностями и по характеру своему мало поддававшийся внешним влияниям, Литке описывает так одну из ночей плавания своего во льдах: «беспокойная ночь сия сделала глубокое на всех нас впечатление. Нас окружали со всех сторон мелькавшие сквозь мрак, подобно призракам, ледяные исполины; мертвая тишина прерываема была только плеском волн о льды, отдаленным грохотом разрушающихся льдин и изредка глухим воем моржей; все вместе составляло нечто унылое и ужасное»…
В 1820 году отправлены были две экспедиции под начальством лейтенантов Врангеля и Анжу с целью продолжения гидрографических работ 30 и 40–х годов XVIII века. Предполагалось описать берег океана от Шелагского мыса до Берингова пролива с устьями впадающих на этом пространстве рек, а также сделать съемку близлежащих островов и удостовериться, не находится ли против этого берега еще и других, более отдаленных. Работы обеих экспедиций начались в 1821 году. Врангель из Нижне—Колымска дошел до Шелагского мыса, а помощник его мичман Матюшкин до мыса Островного, в земле чукчей. Потом они оба вместе на нартах, запряженных собаками, проезжали по замерзшему океану в разных направлениях и, осмотрев пространства до широты 70°52', никаких признаков земли не заметили. Осмотрев группу Медвежьих островов, они возвратились в Нижне—Колымск. Отсюда сам Врангель отправился для описи вверх по Колыме, Матюшкина с доктором Кибером послал к Большому и Малому Анюям, а штурману Козмину поручил продолжать съемку океанского берега. Весной 1822 года Врангель с Матюшкиным и Козминым повторили поездку по льду и, доезжая до широты 72°2', также никаких новых островов не открыли.
В 1823 году Козмин сделал съемку Медвежьих островов и Крестовых, а Матюшкин с Кибером Чукотского берега до Северного мыса.