«Литке» к этому времени прошел ремонт в Японии, но его качество заставляло желать лучшего: котлы текли, клепка корпуса была выполнена небрежно, серьезные неполадки выявились в машине. Рабочим Владивостокского порта, судоремонтного завода и экипажу пришлось срочно устранять основные недоделки, но часть работ пришлось выполнять уже во время рейса.

28 июня 1934 года ледорез покинул Владивосток и направился в Петропавловск-Камчатский, где на борт приняли 525 тонн угля, 700 тонн пресной воды и продовольствие, включая живых коров и свиней. Судно обзавелось и собственным «зоопарком» – кошками, собаками и даже бурым медвежонком.

6 июля «Литке» покинул Петропавловск, а 11 июля прибыл в бухту Провидения. Здесь погрузили еще 550 тонн угля. Теперь бункера ледокола были переполнены. Уголь лежал даже на палубе. Бункеровались собственными силами и в рекордно короткий срок. Работала вся команда и весь состав экспедиции.

В Провидении на борт ледокола приняли самолет «Ш-2». Его экипаж состоял из летчика Ф. К. Куканова и бортмеханика С. П. Куквы, прославившихся поздней осенью 1933 года. В ту пору у мыса Биллингса зазимовали пароходы «Анадырь», «Север» и «Хабаровск». Зимовка протекала трудно, люди оказались плохо обеспеченными продовольствием. Среди 168 пассажиров многие болели цингой, а некоторые не могли даже двигаться. Куканов взялся эвакуировать больных. Несмотря на плохую погоду и наступающую темноту, он вывез на мыс Шмидта и Уэлен более девяноста человек.

По выходе в Чукотское море сразу же начались научные наблюдения. Ежечасно измеряли температуру поверхности моря, брали пробы воды. В качестве метеорологических наблюдателей привлекались все сотрудники экспедиции. Велись и гидробиологические наблюдения. Детально изучалось поведение корабля в различных условиях волнения.

Еще вблизи мыса Икигур встретился разреженный лед. В тот день «Литке» прошел вблизи от места гибели «Челюскина» и отсалютовал погибшему судну тремя гудками. А потом засвежело. Днем ветер достиг 8 баллов, лед исчез и волнение усилилось. Спроектированный для плавания во льдах, «Литке» был очень неустойчив на волне. Волнами смыло с палубы весь уголь, с таким трудом погруженный в бухте Провидения.

У мыса Шмидта «Литке» на 10 дней оказался в плену у тяжелых льдов. Только 28 июля судну удалось выйти на чистую воду и 4 августа подойти к бухте Тикси, где загрузили 850 тонн угля с барж. Затем ледорез двинулся на помощь к зажатым припайными льдами у островов Комсомольской Правды трем пароходам Первой Ленской экспедиции.

Предстояло пройти всего пять миль, но для этого потребовалось целых пять дней – на пути стояли тяжелые льды, которые не брали даже заряды аммонала. Только 17 августа «Литке» удалось пробиться к затертым льдами судам, а затем и вывести их на чистую воду.

Дойдя до кромки льда, встали на якорь. Старший механик С. И. Пирожков доложил об осмотре «Литке». Дело обстояло хуже, чем можно было предполагать. 80 заклепок оказалось выбито, многие остались без головок, большинство ослабло. В ряде мест разошлись швы, в форштевне появились три трещины, частично была сорвана наклепка и некоторые листы отстали от форштевня. Течь оказалась чудовищной – в сутки поступало 1125 тонн забортной воды, не считая той, которая вливалась в форпик – он был затоплен полностью. Ничего не оставалось, как исправлять все своими силами и средствами. В аврале участвовало большинство участников плавания. Механики изготовили новые болты. Форпик залили цементом, на трещину в форштевня сделали насадку. Ремонт вернул судну способность преодолевать льды средней мощности.