Выслушав восточно-сибирского генерал-губернатора, император приказал собрать Гиляцкий комитет под председательством наследника, великого князя Александра Николаевича, сочувствовавшего планам Муравьёва. Заседание состоялось 19 января 1851 года. Муравьёв и Меншиков выступили на нём с предложением не ликвидировать Николаевский пост, а заменить его брандвахтой. Однако Нессельроде, Врончснко, Чернышев и Сенявин отрицали целесообразность этой меры, утверждая, что брандвахта не помешает иностранцам утвердиться в устье Амура, но испортит наши отношения с Китаем и погубит кяхтинскую торговлю. Таким образом, канцлер продолжал противиться активизации дальневосточной политики, из соображений равно дипломатических и личных, желая хоть как-то досадить людям, показавшим его несостоятельность в затрагиваемом вопросе. В итоге комитет так и не принял определённого решения. Выбор между двумя мнениями оставался за Николаем I. Император же, рассудив, что там, где поднят русский флаг, он больше спускаться не должен, 3 февраля 1851 года повелел сохранить Николаевский пост. 12 февраля была образована особая, неофициальная Амурская экспедиция, из 60 матросов и 2 офицеров под командованием капитана 1 ранга Невельского. А через три дня в Пекин отправилась нота с предложением начать переговоры о защите амурского устья от проникновения иностранцев.
К тому времени Невельской, приезжавший в Петербург с Муравьёвым, уже возвращался обратно, на берега Тихого океана. В навигацию 1851 года вместе со своими подчинёнными, лейтенантом Н.К. Бошняком, штурманским прапорщиком А.И. Ворониным, а позднее с мичманом Н.M. Чихачёвым и другими офицерами, он обустроил Николаевский пост и Петровское. В последующие годы помощники Невельского, поочерёдно отправляясь в дальние поездки по окрестным землям, исследовали достаточно обширную территорию вокруг устья Амура, включая и его южные берега, ступать на которые формально запрещалось. Постепенно налаживались отношения российских моряков с гиляками и маньчжурскими купцами, доставлявшими по Сунгари и Амуру пшено, рисовую водку, табак, ткани и другие товары. Однако торговля шла не очень бойко, да к тому же требовала больших расходов. Российско-американская компания отнюдь не торопилась снабжать действовавшую под её же прикрытием экспедицию, и последняя нередко страдала от недостатка продовольствия и припасов. Люди болели, умирали. Отчасти их выручали гиляки, снабжавшие черемшой, кореньями, свежей рыбой и олениной. Так шёл месяц за месяцем, но китайцы в низовьях Амура не показывались.
Ссылаясь на это обстоятельство, Муравьёв в январе 1852 года ходатайствовал о преобразовании Амурской экспедиции в правительственную и об увеличении её состава. Против выступил Нессельроде, настаивавший на крайней осторожности действий. Лишь в марте 1853 года, воспользовавшись ухудшением отношений между Россией и западными державами, спровоцированным посольством князя Меншикова в Константинополь, генерал-губернатор сумел добиться своего. Он подал императору обширную записку, в которой помимо уже поставленных вопросов был поднят и вопрос о необходимости заявить свою претензию на весь левый берег Амура. Николай I согласился с большинством предложений Муравьёва, включая предоставление начальнику Амурской экспедиции прав военного губернатора. Но если Невельской ещё в начале того года, на свой страх и риск, распорядился основать посты в заливе Де-Кастри и у озера Кизи, то ведомство Нессельроде всячески затягивало начало переписки с Китаем. Впрочем, нет худа без добра: когда в мае на Амур пришло известие о подготовке американцами двух миссий, дипломатической - в Японию и научной - к северным берегам Тихого океана, начальник экспедиции поспешил выслать людей на юг от Де-Кастри, с приказанием везде объявлять о принадлежности этой территории России. 6 августа 1853 года лейтенант Бошняк основал в заливе Хаджи новый пост, названный Константиновским. Столь самовольные действия, противоречившие инструкциям и взглядам руководителя внешнеполитического ведомства на Нерчинский договор, конечно, болезненно воспринимались последним.
В начале 1853 года правительство решило ради обеспечения безопасности амурского устья занять Сахалин. Невельской, и в этом случае опередивший Петербург, уже посылал на остров Бошняка, осмотревшего к весне 1851 года окрестности залива Дуэ и реки Тыми с богатыми залежами угля. Однако в столице не затухала прежняя борьба партий, и Нессельроде настоял на исполнении решения средствами Российско-американской компании. Её руководство, в свою очередь, предложило поручить это сложное предприятие Невельскому, соглашаясь обеспечить его судами и припасами, а когда дело наладится - передать заведование им своему служащему, лейтенанту И.В. Фуругельму. План компании, изложенный в записке от 13 марта 1853 года, предполагал строительство двух больших укреплений на западном и южном берегах острова, а также нескольких малых. В соответствии с ним Невельской послал на западный берег подпоручика Е.Г. Орлова, 30 августа основавшего Ильинский пост. Однако уже в сентябре, отправившись на Сахалин с основным составом экспедиции, он предпочёл сосредоточить все силы на южной оконечности острова и выбрал местом главного укрепления японское поселение Тамари-Анива. 25 сентября Невельской заложил там Муравьёвский пост и, поручив командование Сахалинской экспедицией майору Н.В. Буссе, вернулся в Петровское.
Занимая Сахалин, Россия затрагивала интересы японцев, около полувека осваивавших его южное побережье. Поэтому вопрос разграничения с Японией на Сахалине и Курильских островах рассматривался учреждённым в начале 1852 года Особым комитетом по азиатским делам, 7 мая постановившим отправить в Страну восходящего солнца посольство во главе с вице-адмиралом Е.В. Путятиным. Важную роль в выработке инструкций послу сыграл известный европейский японовед Ф.Ф. Зибольд, при содействии голландского правительства обратившийся 8 ноября 1852 года в Министерство иностранных дел России с проектом установления русско-японских отношений. Его рекомендации были учтены Нессельроде, предписавшим Путятину выяснить, принадлежит ли южная часть Сахалина Японии, на что тогда можно было получить скорее утвердительный ответ. Адмирал, в октябре покинувший Кронштадт на (фрегате "Паллада", 10 (22) августа 1853 года достиг Нагасаки, но был встречен недружелюбно. После длительного зондажа через голландскую факторию, в январе 1854 года он приступил к официальным переговорам. Однако японцы, настаивавшие на разделении Сахалина по 50° северной широты и границе между островами Уруп и Итуруп, прервали их и возобновили только в декабре, сменив Нагасаки на город Симода.
Между тем, весной 1854 года, ввиду близкого разрыва с Англией и Францией, российское правительство распорядилось перевести все суда, находившиеся в Тихом океане, к устью Амура. Путятину пришлось сделать паузу в переговорах и увести "Палладу" с винтовой шхуной "Восток" в Императорскую гавань, где собрались также корвет "Оливуца", барк "Князь Меньшиков", транспорты "Иртыш" и "Двина", судно Российско-американской компании "Николай". Одним из первых шагов, предпринятых адмиралом, стала эвакуация войск с Сахалина, вызвавшая крайнее недовольство Невельского. Начальник Амурской экспедиции всё ещё думал о закреплении за Россией новых земель, собираясь занять небольшими заставами, по 8-10 человек, все бухты вплоть до устья реки Суйфун, рядом с Корейским полуостровом. Но этот план не получил одобрения начальства, озабоченного безопасностью амурского устья. Действительно, к началу навигации российское командование имело в своём распоряжении всего 25 человек на Петровском посту, 30 - на Николаевском, 8 - на Мариинском (Кизи) и 10 - на Александровском (Де-Кастри). Моряки были вооружены кремнёвыми ружьями. Кроме того, в Николаевске хранились две, а в Де-Кастри одна трехфунтовая пушка, на каждую из которых приходилось по 25 зарядов.
Муравьёв, находившийся тогда в Петербурге, хлопотал об усилении. В начале 1854 года он добился высочайшего разрешения на размещение в устье Амура и в Петропавловске Восточно-сибирского линейного батальона и сотни казаков Забайкальского войска, всего около 700 человек. Для ускорения их передислокации генерал-губернатор предложил воспользоваться путём по Шилке и Амуру. На заседании Амурского комитета, председательство в котором перешло к генерал-адмиралу, великому князю Константину Николаевичу, против этого предложения выступил Сенявин. Однако тревожная обстановка заставила большинство участников согласиться с Муравьёвым. Ему предоставили право договориться с китайскими властями о сплаве войск. 11 января Николай I утвердил положение комитета, и позволил Муравьёву идти по Амуру, не дожидаясь согласия Пекина.
Санкция императора нейтрализовала весьма сковывающую инструкцию, составленную в те же дни для генерал-губернатора чиновниками Министерства иностранных дел. Возвратившись в Иркутск, Муравьёв 14 апреля известил китайское правительство о предоставленных ему правах и о повелении государя выступить на защиту устья Амура от иностранцев. Правящие круги Дайцинской империи с пониманием отнеслись к намерениям своих северных соседей и не стали чинить им препятствий.