Наконец, было принято решение об организации Второй Камчатской, или Великой Северной экспедиции.

Вторая Камчатская экспедиция, если рассматривать ее задачи так, как они были сформулированы, должна была решить весьма обширный круг вопросов. Строго говоря, она состояла из нескольких экспедиций, в том числе – на берегах Северного Ледовитого океана, от Архангельска до Чукотки. Сам В. Беринг возглавил отряды, направлявшиеся для открытия путей в Северную Америку и Японию. Кроме того, на экспедицию возлагалось исследование побережья Охотского моря до р. Амура, а также Курильских островов.

Летом 1738 г. первый отряд экспедиции, состоявший из трех ботов – «Михаил», «Надежда» и «Гавриил» – под командованием М.П. Шпанберга, исследовал и нанес на карту острова Курильской гряды. В следующем году плавали к Земле Гамы, показанной на карте к востоку от Камчатки и не обнаруженной Шпанбергом. После того экспедиция спустилась в южные широты, к Японии, и достигла побережья о. Хондо. Судно под командованием Вальтона прошло еще далее на юг. Японцы дружелюбно встретили русских, но японские чиновники потребовали прекратить высадки русских на берег и обмен товарами. Япония в то время была закрытой страной. В результате этих походов было уточнено географическое положение Курильских островов и Японии и опровергнуто существование в Тихом океане земель Гамы, Кампании и др. Картографо-геодезические работы экспедиции были использованы вскоре при составлении генеральной карты России в изданном в 1745 г. «Атласе Российском».

Выход отрядов В. Беринга и Чирикова, являвшегося его первым помощником по руководству Второй Камчатской экспедицией, на поиски Америки задерживался. Лишь в июне 1740 г. в Охотске были закончены и спущены на воду два двухмачтовых парусных судна – «Св. Петр» и «Св. Павел», предназначенные для этого плавания. Командиром первого стал В. Беринг, второго – А.И. Чириков. Осенью корабли вышли в море и направились в Авачинскую бухту. Здесь зазимовали. В. Беринг назвал эту бухту Петропавловской. На берегу возник поселок – нынешний Петропавловск-Камчатский.

В июне 1741 г. «Св. Петр» и «Св. Павел» вышли из Авачинской бухты в открытый океан. На «Св. Петре» плыл и естествоиспытатель – адъюнкт Академии Г.В. Стеллер.

Меняя курсы маршрутов в поисках Земли Гамы и Земли Кампании, оба судна около месяца шли в полосе 45–50° с. ш. и затем, потеряв друг друга, направились на северо-восток, где подошли к берегам Северной Америки. Реальная действительность оказалась иной, и русские моряки, поистине совершив плавание в неведомое, «закрыли» выдуманные и нанесенные на карту земли и открыли новые на северо-западном побережье Северной Америки. А.И. Чириков достиг ее в ночь с 15 на 16 июня 1741 г. в районе о. Принца Уэльского, а В. Беринг увидел землю 16 июля.

20 июля 1741 г. Беринг подошел к ней на расстояние двух миль, а затем и высадился на нее. Это был остров, которому дали имя Св. Ильи (теперь Каяк).

Моряков поразило богатство и величие природы по сравнению с Камчаткой. Исследуя природные условия о. Каяк, Г.В. Стеллер дал характеристику природы и описал флору и фауну, назвав при этом более десятка видов неизвестных науке птиц и зверей. Он описал собранные в Америке 163 вида растений. Наблюдения над следами материальной жизни и быта туземцев привели Стеллера к выводу, что обитатели этих берегов Америки – одного происхождения с жителями Северо-Восточной Азии.

Плавание Чирикова после того, как корабли 20 июня 1741 г. разошлись в тумане, проходило независимо от Беринга. Геодезист А.Д. Красильников вычислил координаты открытой земли, признанной «подлинною Америкою», и нанес ее на карту. После этого «Св. Павел» пошел вдоль берега на северо-запад. Через два дня открыли остров, носящий ныне имя Чичагова. На поиск удобной для высадки бухты и для ознакомления с природными условиями страны и ее жителями Чириков послал на берег пакетбот, а затем лодку. Но никто из посланных не вернулся. Судьба 15 человек из команды Чирикова так и осталась неизвестной.