29 мая 1901 года, после очередной модернизации ледокола в Ньюкасле, «Ермак» вышел из Кронштадта в Баренцево море вокруг Скандинавского полуострова.
21 июня ледокол вышел из норвежского порта Тромсе в Баренцево море. Однако уже 25 июня севернее Новой Земли в Баренцевом море были встречены льды, после чего «Ермак» был затерт ими и дрейфовал во льдах с 14 июля по 6 августа. Время для прохода к устью Енисея было потеряно, и С. О. Макаров принял решение изменить планы и обследовать Землю Франца-Иосифа, куда совершил, по его словам, «два рейса и обратно».
Освободившись ото льда, «Ермак» отправился к Земле Франца-Иосифа, посетил мыс Флора, собрав коллекцию флоры, фауны и минералов, и затем вернулся к Новой Земле, где была предпринята новая попытка пройти на север. Однако у мыса Нассау ледоколу опять преградили путь тяжелые льды. Тогда «Ермак» снова направился к юго-восточным берегам Земли Франца-Иосифа, посетив остров Хохштетер. На обратном пути «Ермак» пытался обогнуть Новую Землю и выйти в Карское море, но льды заставили его повернуть обратно. В результате, прекратив попытки проникнуть в Карское море выше Новой Земли, ледокол вернулся в Кронштадт 20 августа 1901 года.
13 октября 1901 года по итогам экспедиции Министерство финансов распорядилось: «1) ограничить деятельность ледокола „Ермак“ проводкой судов Балтийского моря и 2) передать ледокол в ведение Комитета по портовым делам с освобождением вице-адмирала Макарова от лежащих на нем обязанностей по отношению к опытным плаваниям во льдах…»
Арктические экспедиции С. О. Макарова 1899—1901 годов позволили получить информацию по гидрофизике арктических водных масс и дрейфующих льдах Гренландского, Баренцева и Карского морей, сделать вывод о влиянии теплых течений Атлантического океана на формирование льда Северного Ледовитого океана. Научные результаты экспедиций 1899—1901 годов были обобщены Макаровым в труде «Ермак» во льдах».
Участие представителей ВМФ в Русской полярной экспедиции Академии наук под руководством барона Э. Толля (1900—1902)
С 1900 по 1902 год по заданию Российской академии наук в Северном Ледовитом океане работала Русская полярная экспедиция под руководством русского геолога и полярного исследователя барона Эдуарда Васильевича Толля (1858—1902) на шхуне «Заря».
Хотя экспедиция и была организована гражданским ведомством, но была укомплектована военно-морскими офицерами и моряками, что позволяет рассматривать ее в контексте данной книги, посвященной вкладу представителей ВМФ в исследование Арктики.
Естествоиспытатель Э. В. Толль в 1884—1886 годах уже принимал участие в экспедиции ученого-полярника А. А. Бунге, исследовавшей побережье