В результате деятельности Великой Северной (Второй Камчатской) экспедиции впервые была произведена опись отдельных участков побережья Северного Ледовитого океана, открыт американский берег и подтверждено наличие пролива между Азией и Америкой, открыты и нанесены на карту Южные Курильские острова, доказано отсутствие каких-либо земель между Камчаткой и Северной Америкой, обследованы побережья Камчатки, Охотского моря и отдельные участки побережья Японии.

С 1746 года все дела по гидрографии Адмиралтейств-коллегия стала поручать наиболее профессиональному в этом отношении капитану флота Алексею Ивановичу Нагаеву (1704—1781), выпускнику Морской академии 1721 года.

Следующим этапом исследования Северного Ледовитого океана (в то время Северного) и возможности пройти через него в Америку путем не вдоль Сибири стали «секретные экспедиции» под руководством выпускника Школы математических и навигацких наук Василия Яковлевича Чичагова (1726—1809) – однофамильца П. Чичагова.

В 1763 году академик Михаил Васильевич Ломоносов закончил свой трактат «Краткое описание разных путешествий по северным морям и показание возможного проходу Сибирским океаном в Восточную Индию». Этот труд в силу важности для государства М. В. Ломоносов считал секретным, поэтому академик добился аудиенции у Екатерины II. На ней Ломоносов ознакомил императрицу со своим трактатом, которая сразу оценила суть идеи: отыскать путь через полярные воды в Тихий океан с последующей организацией торговли с восточными странами.

14 мая 1764 года Екатерина II подписала секретный Указ о снаряжении экспедиции по отысканию северо-восточного морского прохода: «Для пользы мореплавания и купечества на восток наших верных подданных, за благо избрали мы учинить поиск морского проходу Северным океаном на Камчатку и далее» (Указ держали в тайне даже от сенаторов). По указанию императрицы, назначенные в экспедицию суда назвали по фамилиям их командиров (выпускников Морской академии): «Чичагов» (капитан 1 ранга), «Бабаев» (капитан-лейтенант Василий Бабаев) и «Панов» (капитан-лейтенант Никифор Панов). В помощь им были назначены три флотских лейтенанта: П. Поярков, П. Борноволоков и Ф. Озеров.

Необходимо отметить, что в то время представления о расположении континентов в Северном приполюсном районе Земли и состоянии льдов в океане были крайне скудными. В результате этого задачей экспедиции был поиск альтернативного пути на Камчатку не вдоль обследованного Великой Северной экспедицией арктического побережья Сибири, а через Баренцево море, оставив архипелаг Шпицберген (тогда Грумант) с востока, затем вдоль Гренландии, далее вдоль островов Канадского арктического архипелага, побережья Аляски, войти в Берингов пролив и далее прийти в Охотск. По картам того времени, видимо, этот путь казался короче, чем вдоль арктического побережья России.

Выдающийся гидрограф вице-адмирал А. Нагаев (в 1752—1762 директор Морского корпуса), будучи в это время главным командиром Кронштадтского порта, составил для экспедиции В. Чичагова «Наставление мореплавателям» для ведения счисления и морской съёмки.

Академик М. В. Ломоносов составил для экспедиции обширную «Примерную инструкцию», в которой предлагалось производить метеорологические и астрономические наблюдения, измерять глубины моря, брать пробы воды, записывать склонения компаса, изучать животный мир, собирать образцы минералов и вести этнографические наблюдения. Михаил Васильевич рекомендовал вести корабельные журналы и астрономические наблюдения, даже когда все три судна пойдут вместе, чтобы затем можно было, сверив их, установить правильность счисления. Он говорил: «Северный океан есть пространное поле, где усугубиться может российская слава» (умер 4 (15) апреля 1765 года, не дождавшись результатов миссии В. Чичагова, опровергнувших его предположение о возможности прохода Cеверным путем).