Свой первый экспедиционный рейс «Витязь» провел в Черном море, а затем совершил переход на Дальний Восток и был постоянно приписан к Владивостоку. С 1949 г. вся история «Витязя» была связана с исследованиями дальневосточных морей и Тихого океана, а позже и Индийского океана. Первую экспедицию на Дальнем Востоке провели в 1949 г. в Охотском море под руководством видного советского гидробиолога профессора Л. А. Зенкевича. Экспедиция получила" уникальные материалы по гидрологии, гидрохимии, биологии, ихтиологии и геологии этого окраинного моря.

Первые 3 года «Витязем» командовал капитан дальнего плавания С. И. Ушаков. Он много сделал для того, чтобы искоренить так называемое деление участников экспедиций на «паучников» и «извозчиков». Экипаж и научные работники на судне должны составлять единый коллектив с общими задачами. Члены экипажа так же ответственны за выполнение плана научных исследований в экспедиции, как и сами научные работники, поэтому должны помогать последним в проведении исследований. В свою очередь, научные работники – океанологи, морские геологи, гидробиологи – должны освоить особенности работы в море, стать настоящими исследователями-моряками.

Этот принцип, заложенный в первых экспедиционных рейсах «Витязя», выполняется в последующие годы на всех судах экспедиционного флота АН СССР. Именно такой принцип взаимоотношений экипажа НИС и научной экспедиции имел в виду академик Л. А. Зенкевич, сказав, что история океанологии – это история морских экспедиций. Без морских экспедиций невозможно развитие науки о море – океанологии. Никакие лабораторные исследования не могут сами по себе его обеспечить. Вот почему основоположники современной морской науки Нансен, Мюррей, Книпович, Дерюгин, Свердруп, Альберт Монакский и многие другие были настоящими моряками, для которых палуба корабля была исследовательской лабораторией, где рождались и обогащались фактами основы современной океанологии.

Исследовательский корабль, руководящий им научный коллектив и сама наука океанология представляют единое и неразрывное целое, ни одна часть этого триединства не может существовать без двух других, именно оно создает движущие силы науки о морях и океанах. Без этого наша наука была бы мертва.

Уже первые экспедиции «Витязя» внесли огромный вклад в изучение самого крупного океана планеты – Тихого. При этом коренным образом менялись представления ученых о рельефе дна во многих районах океана. Ранее на картах восточнее Курильских островов была нанесена глубоководная впадина Тускарора, где отмечались глубины до 8514 м. Эта впадина была названа именем американского океанографического судна «Тускарора», проводившего в 1873–1876 гг. изыскания по проектированию трассы подводного кабеля Сан-Франциско – Иокогама и впервые открывшего ее.

После этого на протяжении почти 75 лет впадина Тускарора оставалась неисследованной и тревожила воображение многих писателей-фантастов, включая известного ученого-писателя И. А. Ефремова, который в рассказе «Встреча над Тускаророй» наделил воду из ее глубин чудодейственными свойствами.

«Витязь» в течение ряда лет работал в районе впадины. В результате неоднократно проведенных промеров глубин по всему обследуемому району представление об очертаниях впадины Тускароры изменилось. Выяснилось, что максимальная глубина впадины больше на 1200 м и равна 9715 м. Фактически с борта «Витязя» ученые вторично открыли эту. впадину. Было установлено, что ее длина значительно больше, чем ранее предполагалось, и достигает около 2000 км, а ширина – 20–60 км. Впадина протянулась вдоль восточных подводных склонов Курильских островов и южной части Камчатки. По предложению ученых, проводивших исследования, ее переименовали в Курило-Камчатскую впадину (желоб).

Биологические исследования, проведенные в Курило-Камчатской впадине, помогли приоткрыть тайну жизни в глубинах океана, решить принципиальный спор о предельных глубинах, на которых возможно пребывание живых организмов.

Еще в 1948 г. шведский океанолог Г. Петерсон высказал предположение, что на глубинах больше 6500 м жизнь вообще невозможна. Он ссылался на опыты французского физиолога Фонтена, в ходе которых даже бактерии гибли в барокамере при давлении в ней, соответствующем глубине 6500 м.

Тралы «Витязя», опущенные на глубину более 6000 м, обнаружили около 300 видов ультраабиссальных животных (живущих на глубинах более 6000 м) и даже подняли рыбу с глубины 7579 м. Это была сенсация.

Ученых поразили внешние формы глубоководных рыб. Это были мрачные черные хищники с огромной по отношению к длине тела и зубастой пастью. А у одной из глубоководных рыб (большерота) рот больше головы. К маленькой голове подвешена несоразмерно огромная челюсть. Глубоководные, рыбы светятся в темноте и часто именно этим привлекают к себе жертву.

Наиболее глубоководными животными оказались шестилучевые кораллы, кольчатые черви, моллюски, иглокожие. Ученые тщательно изучали найденные образцы необычайных форм жизни. Правда, их изучение крайне затруднено, так как они неизбежно погибают при извлечении с глубин на поверхность.

С древних времен люди были убеждены, что в глубинах океана обитают огромные чудовища: морские змеи, громадные спруты, фантастические драконы. Жизнь опровергла эти домыслы. Большому организму необходимо больше пищи, а с увеличением глубины количество животных уменьшается, следовательно, резко снижается и количество возможных жертв хищников. Пока все известные обитатели океанских глубин относительно небольшого размера. Естественно, что среди обитателей ультраабиссали есть немало неоткрытых видов. Тем не менее маловероятно открытие среди них новых крупных животных.

В связи с этим известный советский гидробиолог член-корреспондент АН СССР В. Г. Богоров приводил курьезный факт. Советская делегация на международной научной конференции, посвященной 100-летию со времени опубликования знаменитого произведения Ч. Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора» и 150-летию со дня выхода в свет книги Ж. Б. Ламарка «Философия зоологии», которая прошла в Лондоне в 1959 г., выставила коллекцию глубоководных обитателей, собранную на «Витязе». Коллекция вызвала большой интерес среди ученых и разочаровала журналистов. В баночке были представлены экспонаты, собранные в ультраабиссали Тихого океана. Это были невзрачные на вид организмы небольшого размера, относящиеся к нескольким типам животного царства. На глубинах свыше 7 км найдены относительно немногочисленные виды фораминифер (корненожки), губок, кишечнополостных, червей, иглокожих, ракообразных, моллюсков, погонофор, асцидий. На глубинах более 10 км – несколько видов фораминифер, актиний, нематод, эхиурид, ракообразных, моллюсков и из иглокожих – голотурии. Эти находки доказали, что даже самые большие глубины океана населены.

Ученые до сих пор спорят о происхождении глубоководных животных. Согласно одной из гипотез жизнь на больших глубинах довольно молодая и возникла после последнего великого оледенения. В обоснование» той гипотезы ее приверженцы утверждали, что при каждом оледенении предельно холодные воды попадают из полярных районов на большие глубины и жизнь там прекращается.

Ряд гидробиологов, в том числе и академик Л. А. Зенкевич, считал, что фауна сверхбольших глубин очень древняя. Они утверждали, что жизнь там никогда не прерывалась и, возможно, что на этих глубинах было значительно меньше катаклизмов и резких изменений природных условий, чем в поверхностных слоях океана. Споры эти еще не окончены, нахождение истины связано с новыми находками и открытиями.

Интересно, что и после первых биологических открытий на протяжении многих лет именно «Витязь» был связан с исследованиями глубоководной фауны. Так, важную роль в ее изучении играет регистрация свечения, которое свойственно многим глубоководным морским организмам. В середине 70-х гг советскими и зарубежными специалистами были сконструированы специальные приборы – батифотометры, способные регистрировать даже очень слабые световые вспышки на глубине. С помощью батифотометров, конструкция которых предусматривала передачу на судно принятого светового сигнала по кабелю, удалось зарегистрировать вспышки на глубине 3700 м.