1 марта путешественники достигли острова Сабадей (Айон) в Чаунской губе. Здесь были обнаружены следы недавней стоянки чукчей. На следующий день Козьмин объявил, что видит землю. Путешественники с берегового утеса в телескоп различили огромную полынью, а за ней гряду торосов. Ночью они наблюдали полярное сияние.

3 марта путешественники провели на льду Чаунской губы, дав возможность отдохнуть собакам. Вечером исследователи неожиданно увидели на востоке очертания невысоких куполообразных гор, которые отражались в зеркальной поверхности огромной полыньи. То был мыс Шелагский. Казалось, он находится на расстоянии одного дневного перехода от места стоянки.

"На другое утро при солнечном свете, - писал Врангель в "Дневнике", - превратилась вода в гладкий лед; когда подъехали к сей полосе, то, к великому удивлению нашему, не нашли ни воды, ни ровного льда, а одни ужасные торосы, из крупных и мелких льдин синеватого цвета составленные, образовали почти непроходимый вал от 15 до 20 сажен вышиною и облегали вокруг всего мыса. Странное преломление лучей в густой атмосфере причинило сей феномен, так нас обманувший, что мы немало заботились о переправе чрез предполагаемую полынью. Вероятно, что усмотренная нами широкая полынья марта 2-го была также полоса высоких бесснежных торосов".

5 марта юго-восточный ветер принес теплую погоду. Температура поднялась с - 40° до - 3° С. Зато путь до Шелагского мыса превзошел все ранее испытанные трудности и опасности. Достигнув мыса, Врангель определил его координаты. Несмотря на скудные запасы продовольствия и корма для собак, он предпринял попытку определить направление берега на восток от мыса Шелагского. Врангель прошел до скалистого мыса, который назвал именем своего спутника - штурмана Козьмина. Убедившись в том, что берег принимает юго-восточное направление, путешественники из-за недостатка корма прекратили опись.

7 марта экспедиция отправилась в обратный путь, производя по дороге опись берегов Чаунской губы. Путешественники открыли мыс, который назвали именем Матюшкина, и небольшой остров Роутан (Араутан). На обратном пути они пережили тяжелый голод: три из четырех продовольственных складов были разорены песцами и росомахами. Несколько дней путешественники ничего не ели. Едва живыми Врангель, Козьмин и три сопровождавших их казака добрались до Нижнеколымска, пройдя за 23 дня 1122 версты.

В Нижнеколымске Врангель застал доктора Кибера, которому предстояло заниматься естественнонаучными исследованиями.

25 марта Врангель направился к устью Колымы. Нарушая инструкцию, полученную от Морского ведомства, он начал поиски Северного материка не в районе Шелагского мыса, а севернее устья Колымы.

Путешественники миновали Четырехстолбовой остров и направились дальше на север. В начале апреля пересекли 71-ю параллель, но Северной земли не обнаружили.

Врангель отправил три нарты в Нижнеколымск и продолжил путь на север. Сравнивая характер торосов в прибрежном районе около Баранова Камня с только что образовавшимися торосами в 224 верстах от сибирского побережья, Врангель обратил внимание на различие составляющих их льдов как по толщине и прочности, так и по степени солености. Здесь, у границы открытого моря, лед был в несколько раз тоньше, чем на расстоянии от сибирского берега, и толщина его колебалась от 12 до 4 сантиметров, что, по словам Врангеля, совершенно противоречило действию жестоких сибирских морозов. Исследователь высказал предположение, "что в продолжение целой зимы сия часть моря то замерзает, то следующим свежим ветром опять разламывается так, что мороз никогда не может действовать долгое время на тот же лед..."

Своей поездкой на север Баранова Камня Врангель поставил под сомнение выводы Сарычева, который полагал, что море в этом районе невелико и недалеко на севере должна находиться "матерая земля".

Пройдя на юго-восток, экспедиция вскоре встретила гористый остров высотой более 20 метров, который оказался ледяным. "Сопки сего льдяного острова, - писал Врангель, - показались нам издали за действительные каменные горы, даже находясь на оных, прорубали мы глубокие ямы, чтобы увериться в их составах". Остров оказался довольно большим: путешественники ехали по нему в течение почти двух дней. Он был окружен свежими труднопроходимыми торосами.

Поиски Северной "матерой земли" продолжались. Едва пробились через гряды торосов, как оказались на льду, который пересекали трещины. Ночевать пришлось в полукилометре от полыньи.

9 апреля почти весь день пытались выбраться из нагромождений торосов. В конце концов, измученные путешественники с изнуренными собаками и изломанными нартами повернули на юг. Врангель понял, что дальнейшие попытки проникнуть к северу бесполезны. "И на каждом шагу, - писал он, - огромные полыньи и щели пересекали нам путь. При переправе через одну из трещин восемь собак из моей упряжки упали в воду, и только необыкновенная длина нарты спасла и меня и собак от погибели".

Путешественники нанесли на карту шесть из Медвежьих островов, в том числе и тот, который "скрывался по сие время от прежних описателей", и направились на юг, держа путь к Крестовому мысу. Здесь, судя по преданиям, существовал еще один остров. Но вместо острова Врангель оказался на сибирском берегу, где один из проводников нашел ловушку, поставленную им на песца.

28 апреля экспедиция вернулась в Нижнеколымск, так и не увидев Северной "матерой земли". "Единственные предметы были торосы, туман и облака", - писал Врангель, явно недовольный "неблестящим успехом экспедиции". Тем не менее, Врангель и Матюшкин безуспешными поисками земли, которую якобы усмотрели к северу от Медвежьих островов сержант Андреев, внесли выдающийся вклад в познание природы Северного Ледовитого океана. Благодаря их поездкам выяснилось, что море далеко от берегов Сибири даже зимой не только не сковано вечным льдом, а даже не покрыто сплошным ледяным покровом.

13 марта 1822 года Врангель отправился из Сухарнова к Баранову Камню. На этот раз он решил снова выйти на границу припайного льда, чтобы, придерживаясь ее, направиться на восток, до меридиана Шелагского мыса, и тем самым собрать разносторонний материал для суждений о "предполагаемом существовании земли к северу".

Пройдя около 80 верст от Баранова Камня, Врангель устроил во льду продовольственный склад. Несколько дней экспедиция то прорубалась через торосы, то утопала в глубоком снегу.

Утром 27 марта Козьмин увидел на северо-востоке возвышавшиеся надо льдами два холма. Врангель считал, что перед ними земля, которую они искали, но проводники уверяли, что то были "подымавшиеся из открытого моря пары". Однако горы, утесы и долины неведомой земли с каждой верстой обозначались все явственнее. "Поздравляя друг друга со счастливым достижением цели, - писал Врангель, - мы спешили далее, надеясь еще до наступления вечера ступить на желанный берег. Но наша радость была непродолжительна, и все прекрасные надежды наши исчезли. К вечеру, с переменою освещения, наша новооткрытая земля подвинулась по направлению ветра на 40°, а через несколько времени еще обхватила она весь горизонт, так что мы, казалось, находились среди огромного озера, обставленного скалами и горами".

Утром следующего дня оптический обман повторился. Позже Врангель пришел к выводу, что "когда ломается лед, то из воды подымаются темно-синие пары, кои, опускаясь иногда на вершины ледяных гор, дают сим последним вид гористой земли".

Врангель решил идти прямо на север. В день проезжали от 12 до 20 верст. 8 апреля путешественники встретили гряды только что образовавшихся торосов. Они преодолели три гряды торосов и несколько только что образовавшихся полыней. Между тем торосы достигали невиданной высоты. На следующий день проехали всего три версты. Когда надежд проникнуть к северу не осталось, Врангель решил следовать на восток и на меридиане мыса Шелагского снова попытаться проникнуть на север, к земле, о которой рассказывали чукчи. Утром 22 апреля исследователи заметили скалы мыса Шелагского. Они находились, по вычислениям Врангеля, в 87 верстах.