На первом годичном собрании Русского географического общества, состоявшемся в том же 1846 году, идеи Невельского получили поддержку Федора Петровича Литке – руководителя и основателя общества. Началась подготовка экспедиции на Дальний Восток. Она должна была состоять из двух отрядов – морского и речного. Речному под командованием А.П. Баласогло было поручено спуститься по Амуру до лимана. Во время плавания ему надлежало описать реку на всем ее протяжении и наладить добрососедские отношения с местными жителями, а уже в самом лимане соединиться с морским отрядом под командованием Невельского. Морскому отряду предстояло описать Сахалин и, самое главное, окончательно выяснить возможность входа в Амур со стороны моря. Иными словами, разобраться, является ли Сахалин островом, или же все-таки он полуостров. Надо сказать, что Невельскому как умному и успешному офицеру прочили придворную карьеру и готовили в командование одним из лучших фрегатов того времени – «Палладой». Однако это не входило в планы самого Геннадия Ивановича – он мечтал о другом и сумел добиться своего.
Фрегат «Паллада». Художник А.П. Боголюбов
Так, 21 августа 1848 года транспорт «Байкал» под военным флагом и под командованием капитан-лейтенанта Геннадия Ивановича Невельского ушел в плавание из Кронштадта. Он направлялся в сторону Камчатки, планируя пройти вокруг мыса Горн, то есть через Атлантический в Тихий океан.
Результатом экспедиции 1848–1849 годов стало подтверждение гипотезы, что Сахалин все-таки остров, и основание на берегу Охотского моря, в заливе Счастья (это название дал ему Невельской) русского поселения, из которого теперь можно было вести торговлю с местными жителями и развернуть дальнейшие исследования Приамурья.
«Во имя угодника этого дня и в память Великого Петра, – писал Невельской, – я назвал его Петровское!» А кроме того, он основал на амурском мысе Куегда первый в Приамурье русский военный пост, названный Николаевским, потом он стал называться Николаевском-на-Амуре.