Примечательно, что Михаил Васильевич рекомендовал вести корабельные журналы и астрономические наблюдения даже в том случае, когда все три судна пойдут вместе, чтобы затем можно было, сверив их, установить правильность счисления. Он говорил: «Северный океан есть пространное поле, где усугубиться может российская слава» (М. В. Ломоносов умер 4 (15) апреля 1765 года, не дождавшись результатов миссии В. Чичагова, опровергнувших его предположение о возможности прохода Северным путем).
Пока корабли экспедиции строились, из Архангельска 6 июня 1764 года вышла флотилия под командованием лейтенанта Михаила Немтинова (выпускник Морской академии 1751 г.), состоящая из транспорта «Слон» и четырех нанятых поморских судов (гукоров) «Св. Николай», «Св. Наталья», «Св. Иоанн» и «Св. Михаил». Суда везли на своем борту на Шпицберген провиант для будущей экспедиции В. Чичагова, а также разобранные избы, баню, лес и другие материалы для организации зимовки. В начале августа флотилия достигла бухты Клокбай на Шпицбергене, где и осуществила плановую выгрузку. Оставив на берегу группу обеспечения из 16 человек под руководством лейтенанта Моисея Рындина (выпускник Морского корпуса 1759 г.) для обустройства зимовья, флотилия вернулась в Архангельск.
1 сентября 1764 года экспедиция В. Чичагова вышла из Архангельска и без потерь достигла Кольского полуострова, где расположилась на зимовку в Кольском заливе в Корабельной гавани, которую Василий Яковлевич тогда же переименовал в Екатерининскую, в честь императрицы, отправившей его в экспедицию.
9 мая 1765 года суда вышли уже из Екатерининской гавани и двинулись на Север и уже 16 мая миновали остров Медвежий, за которым их встретили дрейфующие льды.
23 июля экспедиция достигла 80°26» северной широты в Гренландском море, превзойдя рекорд англичанина Генри Гудзона 1607 года, но дальше суда пройти не смогли из-за сплошных мощных дрейфующих льдов. В результате В. Чичагов принял решение возвращаться в Архангельск.
Вторая экспедиция, начавшаяся с выхода судов из Архангельска 19 мая 1766 года, должна была реабилитировать саму идею Северного прохода. Корабли подремонтировали и обили железом по форштевням – для повышения прочности корпуса при плавании во льдах.
16 июля 1766 года суда с трудом пробились с запада к северной оконечности Шпицбергена, где тяжелые льды опять преградили дальнейший путь на север. В. Чичагов, поняв, что пройти дальше невозможно, вынужден был принять решение о возвращении судов в Архангельск. На обратном пути 30 июля он зашел в бухту Клокбай и взял на борт партию М. Рындина, в которой к этому времени восемь человек умерли от цинги.
10 сентября 1766 года экспедиция В. Чичагова вернулась в Архангельск. Такое неуспешное плавание вызвало недовольство и в Адмиралтейств – коллегии, и у императрицы.
В рапорте