В период с 1734 по 1743 г. северные отряды экспедиции провели работу по описанию и составлению карт берегов Северного Ледовитого океана от Печоры до Колымы.
В 1738–1739 гг. отрядом под командованием М. П. Шпанберга на кораблях "Архангел Михаил", "Надежда" и "Святой Гавриил" были исследованы Курильские острова. Во время этого плавания русские моряки достигли Японии, став первыми европейцами, которые с севера проникли к берегам этой страны.
Отряд Шпанберга исследовал и нанес на карту под русскими наименованиями почти все острова Курильской гряды. На основании карт Шпанберга и Вальтона была составлена генеральная карта Российской империи, напечатанная в 1745 г. в академическом российском атласе.
Спустя три года (в 1742 г.) вдоль восточного берега Сахалина прошел на дубель-шлюпке "Надежда" другой участник Великой Северной экспедиции лейтенант А. Е. Шельтинг, который достиг пролива, отделяющего Сахалин от острова Хоккайдо.
В 1741–1742 гг. В. И. Беринг и А. И. Чириков совершили свое знаменитое плавание с Камчатки к северо-западному побережью Америки (Аляске). 4 (15) июня 1741 г. "Святой Петр" под командованием Беринга и "Святой Павел" под командованием Чирикова вышли из Петропавловска на поиск берегов Америки. 20 июня (1 июля) из-за сильного тумана оба судна разошлись в море и потеряли из виду друг друга. С этого момента плавание Беринга и Чирикова происходило раздельно. 16 (27) июля 1741 г. Беринг достиг берегов Америки. Во время плавания им были открыты острова Святого Ильи, Кадьяк, Туманный, Евдокеевские. Между тем среди экипажа обнаружились случаи заболевания цингой, поэтому Беринг принял решение вернуться на Камчатку. На обратном пути он открыл Шумагинские острова и ряд островов Алеутской гряды. Плавание "Святого Петра" протекало в неимоверно трудных условиях. На обратном пути корабль попал в полосу сильных бурь. Трудности усугублялись свирепствовавшей среди команды цингой, которая унесла из жизни 12 человек. Оставшиеся в живых члены экипажа едва могли справляться с управлением судна. Истощились запасы питьевой воды и продовольствия, судно потеряло управление. 4 (15) ноября была наконец замечена земля. Бедственное положение судна заставило отряд высадиться на берег неведомой земли. Вновь открытая земля оказалась островом, впоследствии получившим имя Беринга. Здесь нашел свое последнее пристанище отважный командор. Его спутники, оставшиеся в живых, весной 1742 г. из обломков "Святого Петра" построили двухмачтовый парусник, на котором вернулись в Петропавловск.
Что же касается судьбы А. И. Чирикова, то он на корабле "Святой Павел", потеряв из виду "Святого Петра", утром 15 (26) июля, т. е. более чем на сутки раньше Беринга, достиг Северной Америки. Продолжая плыть вдоль берега, Чириков осмотрел американское побережье протяженностью около 400 верст, собрал ценные сведения о животном и растительном мире этого края. На обратном пути на Камчатку, проходившем, так же как и у Беринга, в трудных условиях, Чириков открыл часть островов Алеутской гряды (Адах, Кадьяк, Агатту, Атту, Умнак) и остров Адэк, относящийся к группе Андреяновских островов. 10 (21) октября "Святой Павел" возвратился в Петропавловскую гавань. Из 75 членов экипажа с ним вернулся всего 51 человек.
Открытие берегов Северо-Западной Америки и Алеутских островов русскими моряками было величайшим географическим открытием первой половины XVIII в.
Во время Великой Северной экспедиции большую работу проделали участники "академического отряда". Ученые провели исследования и собрали ценные географические и естественно-исторические сведения о внутренних районах Сибири и районах, примыкающих к Тихому океану, провели астрономические определения.
Появились первые научные описания Камчатки и северо-западных берегов Америки. Большая заслуга в этом принадлежит С. П. Крашенинникову и Г. В. Стеллеру. Степан Петрович Крашенинников, ставший позднее крупным русским ученым, академиком Петербургской Академии наук, во время Великой Северной экспедиции был студентом Российской Академии наук, прикомандированным в качестве помощника к "академическому отряду". За время своего пребывания на Камчатке (1737–1741 гг.) Крашенинников исследовал полуостров и собрал огромный материал, характеризующий природу, население и быт местных народов, а также историю открытия и освоения Камчатки. Им были составлены карты-схемы горячих источников. Итогом работы Крашенинникова стало знаменитое "Описание земли Камчатской" - первый научный труд, посвященный Камчатке.
Его исследования продолжил Г. В. Стеллер - член Петербургской Академии наук. В 1740–1741 гг., будучи участником Великой Северной экспедиции, он проводил обширные исследования на Камчатке. Затем вместе с Берингом достиг берегов Америки. Во время зимовки на острове Беринга составил первое его топографическое и геологическое описание. Перу Стеллера принадлежат такие работы, как "Путешествие от Камчатки к Америке вместе с капитан-командором Берингом" и "Описание земли Камчатки".
Отряд геодезистов П. Скобельцына и В. Шетилова, входивший в состав Великой Северной экспедиции, прошел по левобережью Амура, сделал астрономические определения, позволившие уточнить карты этого района.
В целом поставленные перед Великой Северной экспедицией задачи были выполнены. Собранные ею материалы явились ценным вкладом в изучение Сибири, Дальнего Востока, побережий и островов Северного Ледовитого и Тихого океанов, а также северо-западного побережья Америки. Ее участники описали и положили на карту побережья Северного Ледовитого океана от Карского моря до Чукотского полуострова, уточнили сведения о расположении Азиатского материка и северо-западного американского побережья. Более детально исследовали и описали Камчатку, Курильские острова, северные берега Японии. Участники экспедиции составили свыше 60 карт, послуживших впоследствии основой для создания сводных карт Сибири, дальневосточных берегов и морских плаваний (например, карты Морской академии 1740–1742 гг., карты Г. Ф. Миллера 1754–1758 гг.).
Но не только этим исчерпывается значение Великой Северной экспедиции. Она способствовала развитию производительных сил окраин Сибири, оказала влияние на дальнейшее развитие промыслов, сельского хозяйства, промышленности и торговли.
В 50-х годах XVIII в. дело Великой Северной экспедиции было продолжено. В период с 1743 по 1766 г. в северной части Тихого океана между Камчаткой, островами Беринга, Алеутскими и северо-западной Америкой было осуществлено более 40 экспедиций. В результате этих исследований русским стала известна вся гряда Курильских островов, имевших важное значение для России. По своему географическому положению они непосредственно прилегали к русским дальневосточным владениям, создавая их естественную защиту, обеспечивали свободный выход из Охотского моря в Тихий океан и имели важное стратегическое значение. Владение ими способствовало установлению надежной связи с Чукоткой, Камчаткой и Японией, в торговле с которой была заинтересована Россия.
Вот почему сразу же после открытия и присоединения Курильских островов к России началось их хозяйственное освоение. Правда, процесс этот был медленным. Сначала острова регулярно посещали чиновники и служилые люди, а с середины XVIII в. на них стали селиться вместе с семьями русские поселенцы, которые жили там иногда по нескольку лет. Они занимались рыболовством, добычей морского зверя, а также пушного зверя, в изобилии водившегося на островах. С местным населением у русских поселенцев - сразу же устанавливались добрососедские отношения. Они совместно занимались земледелием, рыболовством и охотой. Делались попытки развития земледелия и на Камчатке, в Охотске и других местах. С этой целью в 1733 и 1744 гг. по приказу Екатерины II на Камчатку с реки Лены было переселено 20 крестьянских семей. Они привезли с собой семена зерновых культур, крупный рогатый скот, лошадей. Однако из-за тяжелых природных условий хлебопашество на Камчатке прививалось с большим трудом. Оно утвердилось только в двух деревнях - Ключевской и Милькове.
В 1830 г. была организована Камчатская земледельческая компания, которая занималась огородничеством, разведением скота (коров, лошадей), выращивала хлеб.
Для того чтобы более прочно закрепить Курильские острова за Россией и оградить их от возможных притязаний со стороны Японии, на острове Уруп было построено укрепление и создано русское поселение. В 1795 г. сюда была направлена партия промышленников из 40 человек, снабженная необходимым снаряжением для охоты и рыбной ловли, а также с домашним скотом. Эта партия основала здесь первое русское постоянное поселение. Поселенцы производили опыты посева ржи, пшеницы и льна, которые дали хороший результат. В дальнейшем на Урупе помимо ржи и пшеницы возделывали овес, горох и лен. Поселенцы занимались овощеводством, разводили крупный рогатый скот. В селениях появились столярные, кузнечные и слесарные мастерские. Русским правительством был издан указ о переселении на Курильские острова не только добровольцев, но и ссыльных, знающих слесарное и кузнечное ремесло, а также литейное дело.
Местное население заимствовало у русских усовершенствованные орудия труда. Более интенсивно стало развиваться рыболовство. От русских они узнали более совершенную обработку рыбы (соление), научились делать новую одежду, рубить избы. Местное население воспринимало и русскую культуру. В 1747 г. на острове Шумшу была открыта первая школа. Позднее многие курильцы учились и на Камчатке.