Руководил экспедициями зам. начальника Главсевморпути генерал-майор авиации А. А. Кузнецов. В его штаб входили опытнейшие полярные лётчики И. И. Черевичный, М. В. Водопьянов, И. П. Мазурук (бывший командир перегоночной авиадивизии), штурманы В. И. Аккуратов и А. П. Штепенко, начальник Управления полярной авиации полковник М. Н. Чибисов, командир истребительной авиадивизии полковник (затем генерал-майор) Н. Г. Серебряков, начальник отдела Штурманской службы ВВС полковник В. М. Лавский, полковник Барский (группа сухопутных войск). Соединение ВВС состояло из трёх авиагрупп: западной (пос. Диксон) полковника А. А. Алехновича, центральной (пос. Тикси) генерал-майора А. Г. Мельникова и восточной (пос. Мыс Шмидта) полковника П. В. Недосекина. Общее научное руководство легло на плечи начальника геофизического отдела ВАИ М. Е. Острекина, а в составе подвижных отрядов работали такие известные специалисты по Арктике, как Я. Я. Гаккель, В. Т. Тимофеев, М. М. Сомов, А. Ф. Трешников, Е. И. Толстиков, В. Х. Буйницкий, Н. А. Волков.
Основной зоной экспедиционных работ стал район «Полюса относительной недоступности» – наименее изученный район Полярного бассейна. История его исследования не менее, пожалуй, драматична, чем история покорения полюса, и связана с поисками легендарных земель Санникова, Андреева, Гарриса, Джиллиса, с трудными и нередко трагическими экспедициями (Э. В. Толль, Дж. Де Лонг, Р. Бартлетт, В. Стефанссон и др.). Здесь можно было ждать серьёзных научных результатов.
Развёртывание экспедиции началось с создания береговых баз в пос. Тикси и Мыс Шмидта. Затем с основных ледовых баз у островов Котельный (бухта Темп) и Врангеля научные отряды, снаряжение, горючее двумя меридиональными маршрутами доставлялись в направлении полюса на промежуточные базы, а через аэродромы «подскока» – в намеченные планом «научные точки» (РГАЭ. Ф. 9570. Оп.4. Ед. хр. 220. Ч. III. Л. 189–184). Базы располагались на расстоянии порядка 500 км по меридиану друг от друга, чтобы в случае необходимости можно было через них долететь до материка. Кроме того, график полётов составлялся так, чтобы в каждой точке для подстраховки всегда находился один из транспортных самолётов.
Поскольку появление в пустынном районе большого количества радиостанций скрыть невозможно, было решено опубликовать в газетах краткое сообщение о проведении научной экспедиции в Восточно-Сибирское