В 1901 г. его назначают исполняющим обязанности помощника начальника Главного гидрографического управления (ГГУ) по научной и технической части. Но и на этом посту он не порывает с экспедицией и не раз покидает свой кабинет для работы в Арктике. В частности, в 1905 г., когда была послана экспедиция от Министерства путей сообщения на Енисей, А.И. Вилькицкий принял участие в ее организации и командовал караваном из 22 судов при прохождении через пролив Югорский Шар до устья Енисея по Северному морскому пути.
По предложению Вилькицкого была создана специальная комиссия, которая рекомендовала начать проведение высокоширотных морских исследований на специально построенных стальных экспедиционных судах. Невский судостроительный завод выиграл конкурс на лучший проект таких судов, и в апреле – мае 1909 г. два ледокольных парохода вошли в строй русского флота. Их назвали «Таймыр» и «Вайгач». Они были хорошо оборудованы для проведения широкого комплекса научно-исследовательских и гидрографических работ.
Казалось бы, лучшего начальника Главного гидрографического управления, кроме Вилькицкого, трудно было найти, но у Вилькицкого не было высоких покровителей. В 1907 г. его производят в генерал-майоры и назначают лишь исполняющим обязанности начальника управления. Лишь в 1909 г. его производят в чин генерал-лейтенанта Корпуса флотских штурманов, и на четыре года А.И. Вилькицкий становится руководителем российской гидрографии, официально утвержденным в этой должности.
Именно в этот период русская гидрография вышла на международную арену. А.И. Вилькицкий добился представительства ГГУ в Постоянной международной ассоциации судоходных конгрессов, русские гидрографы участвовали в международных выставках, конференциях, съездах и в работах по обеспечению безопасности мореплавания в глобальном масштабе.
В 1913 г. А.И. Вилькицкий был зачислен в Корпус гидрографов со званием гидрографа-геодезиста. В течение службы Андрей Ипполитович был награжден орденами Св. Станислава 1, 2 и 3-й степеней, Св. Владимира 3 и 4-й степеней, Св. Анны 3-й степени, французским орденом Почетного легиона командирского креста.
А.И. Вилькицкий на своем посту работал практически без отпусков, что не могло не сказаться на его здоровье, и в начале 1913 г. он серьезно заболел. Несмотря на болезнь, он не отменил доклада на заседании Адмиралтейств-коллегии в начале февраля, после этого взял отпуск по болезни сроком на три недели. За несколько дней до ухода в этот последний отпуск А.И. Вилькицкий был произведен в чин полного генерала флота. Вскоре, 26 февраля 1913 г., в Санкт-Петербурге А.И. Вилькицкий