9 мая 1765 года, месяц спустя после смерти Ломоносова, экспедиция В. Я. Чичагова взяла курс из Колы на Шпицберген. Она состояла из трех небольших кораблей специальной ледовой конструкции (с двойной обшивкой) и 178 человек команды. Корабли назывались «Чичагов», «Панов» и «Бабаев» — по именам начальника и его помощников: капитана второго ранга Никифора Панова и капитан-лейтенанта Василия Бабаева. Кроме команды, на них находилось двадцать шесть промышленников, взятых по рекомендации Ломоносова: «Сверьх надлежащего числа матрозов и солдат взять на каждое судно около десяти человек лучших торосовщиков из города Архангельского, с Мезени и из других мест поморских, которые для ловли тюленей на торос ходят, употребляя помянутые торосовые карбаски или лодки; по воде греблею, а по льду тягою, а особливо, которые бывали в зимовьях и в заносах и привыкли терпеть стужу и нужду. Притом и таких иметь, которые мастера ходить на лыжах, бывали на Новой Земле и лавливали зимою белых медведей».
Пройдя часть пути вдоль мурманского побережья, далее корабли последовали к Медвежьему острову, от которого к Шпицбергену шли в сопровождении плавучих льдов. Подойти к русскому зимовью на Шпицбергене В. Я. Чичагову не удалось. Льды преградили дорогу в семи верстах. Запасы продовольствия пришлось пополнять волоком по льду при помощи зимовщиков. 3 июля В. Я. Чичагов направился к Гренландии и в течение двадцати суток, медленно, с неимоверными трудностями продвигался на северо-запад. 23 июля, достигнув 80°26’ северной широты, «Чичагов», «Панов» и «Бабаев» повернули назад и 20 августа пришли в Архангельск.
Руководитель экспедиции отправился в Адмиралтейство для дачи показаний по поводу ее неуспеха. Расследование, в котором участвовали морские чины, а от Академии профессор Эпинус, не обнаружило в действиях В. Я. Чичагова ничего заслуживающего наказания. Было решено снарядить еще одну экспедицию по тому же маршруту, чтобы или добиться успеха, или «по крайней мере о совершенной невозможности быть уверенным». Новый поход продолжался с мая по сентябрь 1766 года и также оказался неудачным (на этот раз В. Я. Чичагов сумел достичь 80°30' северной широты). Не открыв никаких новых земель, которые можно было бы присоединить к Российской империи (то есть не дав никаких государственных результатов), обе попытки В. Я. Чичагова не дали и серьезных научных результатов, ибо в этом пункте Адмиралтейство игнорировало ломоносовские инструкции.
Говоря о неудаче экспедиций В. Я. Чичагова, необходимо иметь в виду общий уровень представлений того времени об арктическом бассейне. Когда Ломоносов разрабатывал оба своих варианта Северного морского пути, он исходил из преобладавшего в науке мнения, что в высоких широтах, даже у самого полюса, море свободно ото льдов, Аляску он считал островом. Полярная береговая линия Северной Америки тогдашним географам рисовалась более чем смутно. И вообще данные, с которыми приходилось иметь дело Ломоносову, в основном не отличались большой достоверностью.
Тем интереснее отметить, что многие утверждения и предположения Ломоносова о некоторых важных явлениях арктической природы блестяще подтвердились на рубеже XIX–XX веков, когда естественнонаучные представления о Севере претерпели подлинную революцию.