Со времени пожалования его в офицеры большую часть своей службы Головнин находился за границами: в 1793 и 1794 годах был он в Стокгольме на военном транспорте, ходившем туда с полномочным послом графом Сергеем Петровичем Румянцевым, и с ним же возвратился в Россию. В 1798 и [17]99 годах служил на вспомогательном флоте в Англии в должности адъютанта и переводчика английского языка у главнокомандующего российским вспомогательным флотом вице-адмирала Михаила Кондратьевича Макарова, по представлению коего за отличие марта 28 [-го] 1799 года пожалован в лейтенанты, и по его же рекомендации в 1802 году послан на иждивение государя императора служить в английском королевском флоте для приобретения большей опытности и познания в морском искусстве. Головнин служил на разных английских кораблях и в разных морях до 1805 года; а тогда надлежало возвратиться ему в Россию, но как он желал непременно побывать в Западной Индии, то и отправился туда с позволения полномочного посла графа Семена Романовича Воронцова на своем собственном иждивении[6]. В 1806 году возвратился он в Россию, и тогда же в уважение рекомендации английских адмиралов, под начальством коих он служил[7], назначен был командиром шлюпа, долженствовавшего плыть с разными поручениями вокруг света, несмотря на то, что он был тогда только в чине лейтенанта[8]. В путешествие сие отправился он в 1807 году, а пока делалось приготовление к оному, сочинил он и напечатал, по препоручению морского министра, военные морские сигналы для дневного и ночного времени, за которые получил монаршую награду, состоявшую в бриллиантовом перстне и деньгах, во что обошлось казне издание. Сигналы сии и поныне (1825 года) употребляются в императорском флоте.
Путешествие Головнина продолжалось семь лет. Оно напечатано в трех разных сочинениях: 1) Путешествие шлюпа «Дианы» от Кронштадта до Камчатки в 1807, [18]08 и [18]09 годах; 2) Сокращенные записки об описи Южных Курильских островов в 1811 году; 3) Записки флота капитана Головнина о приключениях его в плену у японцев в 1811, [18] 12 и [18] 13 годах и пр. Первые два изданы от Государственного Адмиралтейского департамента в 1819 году, а последнее самим Головниным в 1816 году на иждивении его императорского величества. Весьма любопытное его путешествие в 1810 году из Камчатки в Америку и обратно с подробным описанием колоний Российско-Американской компании по разным причинам[9] не напечатано и, вероятно, никогда не будет напечатано.
В июле 1814 года Головнин возвратился в Петербург и в награду за его службу всемилостивейше пожалован (24 июля) чином капитана 2-го ранга[10] и получил пожизненный пенсион 1500 рублей в год.
В начале 1817 года опять назначен он был