«Наследник Александр» подошёл к Курильскому острову Парамушир, где принял на борт приплывшего на байдарке с Урупа Филата Дружинина. Год назад он был оставлен Вознесенским на острове и впервые провёл ежедневные наблюдения погоды, приливов и отливов, землетрясений и проявлений вулканической активности. Характерный климат Курильских островов Дружинин описал так: «Невзирая на умеренность климата, в летнее время большей частью здесь бывают густые, мокрые туманы и сильные дожди: чрезвычайно мокрый и сырой климат, хуже всякого холода... В зимнее время выпадает очень много снегу и до такой степени, что лежит наравне с крышами домов. Также свирепствуют крепкие ветры с жестокими пургами... холодов больших здесь не бывает, хотя и случаются морозы, от которых замерзают озерки и речки, но не долгое время, и вскоре тает... Землетрясения бывают очень часто, особенно в летнее время».

Двадцать один раз за год отметил Дружинин землетрясения на Урупе. В ночь с 3 на 4 апреля оно было особенно сильным — продолжалось без перерывов пять минут.

15 июня 1845 года Дружинин и Вознесенский прибыли в Охотск — плыли до него десять дней. Старейший русский тихоокеанский порт постепенно перемещался в залив Аян, от которого строился Аянский тракт в Якутск. Всё лето Вознесенский прожил в Аяне в палатке на окраине посёлка. По предложению начальника порта В.С. Завойко он совершил экскурсию на оленях, а потом на лодке по реке Алдома. Следующий его маршрут — от Аяна до реки Мая, правого притока Алдана.

Маю должна была пересекать дорога, пролагаемая от Аяна к Якутску. Вознесенский выехал с Завойко и тремя проводниками днём 4 сентября. Перешли вброд три заваленных валунами реки, поднялись по восточному, заросшему голубой аянской елью к склону хребта Джугджур, сквозь полосу кедрового стланика на перевал и опустились на западный склон по ущелью, заполненному даурской лиственницей. Дальше пошли сплошные болотистые топи, в них лошади погружались по брюхо, приходилось спешиваться и прыгать с кочки на кочку. Пересекли обширную гарь и 11 сентября вышли к долине Маи. И тут, как это бывает в Якутии, ударил мороз, повалил снег, задул ветер с Джугджура и закрутила метель. На перевале пришлось пережидать пургу в яме, выкопанной в снегу, прикрытой оленьими шкурами. Пурга долго не стихала, а впереди ещё предстоял переход вброд через разлившиеся после снегопада реки. Поход на реку Мая оказался очень утомительным и более продолжительным, чем предполагалось.

Настала зима. Вознесенский занялся обработкой полученных материалов, подготовкой их к отправке в Петербург, не забывал он и о постоянном пополнении коллекции.

В июне 1846 года кончался срок научной командировки Ильи Гавриловича Вознесенского. Но ему не хотелось уезжать, и он отправил письмо в Академию наук с просьбой продлить ему этот срок. Пока он ждал ответа, совершил путешествия по охотскому побережью, пересёк хребет Джугджур и дошёл до реки Мая, впадающей в Алдан.

Наконец, из Петербурга пришло разрешение остаться на Дальнем Востоке для проведения научных исследований ещё на два года. Эти годы Вознесенский провёл на Камчатке. Как и раньше, он собирал коллекции животных, зарисовывал пейзажи и отдельные образцы растений, горных пород. Для отправки в Петербург набралось 150 ящиков одних только этнографических материалов, а кроме того, огромная геологическая коллекция, более трёх тысяч чучел животных, гербарий, в который вошли сотни новых видов, а также более 150 рисунков, 38 картин, портретов, пейзажей, толстые тетради записей.

Весной 1848 года Вознесенский был готов возвращаться в Петербург. Но он не поехал сухим путём, через Сибирь, решив дождаться корабля Российско-Американской компании. Учёный писал начальнику Камчатки Р.Г. Мишину, что «достигнет Петербурга водою, т.е. вокруг света». Дальше он объяснил: «Такое обратное моё путешествие будет выгодно Академии и полезно для её Музеумов... К тому же на это потребуется меньше денег, чем на береговой путь от Петропавловского порта, через Охотск до Санкт-Петербурга».

Покинув Камчатку 13 сентября 1848 года на небольшом судне «Ахта» под командованием шкипера Фидера, И.Г. Вознесенский со всей огромной своей коллекцией отправился из Ново-Архангельска в обратный путь, 25 декабря «Ахта» пересекла экватор в сопровождении стада дельфинов. Вознесенский побывал на Сандвичевых островах, успел за короткое время, пока корабль находился на стоянке, совершить экскурсии по островам, подняться в горы и собрать новые материалы для своей коллекции.

Пришлось сполна испытать штормовые «сороковые» широты, холодное дыхание Антарктики у мыса Горн. «Ахта» и её пассажиры выдержали. Новый год встретили на подходе к Южной Америке. Трёх недель стоянки в Рио-де-Жанейро хватило Вознесенскому для плодотворных экспедиций, походов по базарам в поисках музейных экспонатов, двухдневного похода на гору Корковадо.

Два месяца Атлантического океана — и «Ахта» пришла в Копенгаген.

На борту корабля Вознесенский пишет письмо академику Ф.Ф. Брандту: «Ваше благородие, милостивый государь Фёдор Фёдорович! Благодарю Бога! Наконец, после 264-дневного плавания от Ситхи я прибыл на корабле «Ахта» в Кронштадт сегодня в 5 часов вечера... Прилив сердечной радости теснит мою грудь».

С первым катером отправляет он это письмо в Петербург. Его бесценный багаж проходит таможенный досмотр, а на следующий день он и сам возвращается в столицу.

Помощник препаратора Зоологического музея, уехавший 10 лет назад, солдатский сын Вознесенский был произведён в хранители Зоологического музея Академии наук. Эта должность его недворянскому происхождению не соответствовала. Но огромная выслуга лет, невероятно плодотворное путешествие, ходатайства «научных руководителей-академиков», а также специальное разрешение государя позволили присвоить Вознесенскому первый классный чин.

Через три года «высочайшим приказом» он был произведён в коллежские регистраторы, а в следующем году — в губернские секретари. Получил он и награды — Бронзовую медаль на Андреевской ленте (в память о Крымской войне 1853—1856 годов) и орден Св. Станислава 3-й степени (за отличную усердную службу). В 1852 году Вознесенского избрали членом-сотрудником всего 7 лет назад образовавшегося Русского географического общества, в 1859 году он стал одним из учредителей Русского энтомологического общества. Выдающиеся географы и биологи России А.Ф. Миддендорф, К.С. Маак, Л.И. Шренк, Г.И. Роде признавали великие заслуги Вознесенского перед наукой. За должность хранителя Зоологического музея он также взялся с исключительной ответственностью. Не было в музее другого человека, который так разбирался бы в его объёмистом архиве.

В Петербурге Вознесенский считался знатоком пушного товара и мог бы неплохо зарабатывать на этом деле, но он целиком отдавал себя музею. Безотказно принимал заказы на изготовление чучел птиц и млекопитающих, получал со всех концов страны и из-за границы посылки с животными. В 1861 году известный учёный Н.Я. Данилевский прислал в музей из норвежского города Тронхейма 11 ящиков с коллекциями. Эти хлопоты занимали всё время, очень мало его оставалось для обработки результатов десятилетнего путешествия.

Краткий отчёт Вознесенский составил сразу же по прибытии в Петербург. Он подвёл итог собранного для Зоологического музея: млекопитающих — 434 экз., рыб — 179 экз., препарированных черепах — 5 экз., остовов зверей и птиц — 210 экз. Всего: 3687 экземпляров.

Кроме этого, огромное количество заспиртованных рыб, амфибий, моллюсков, раков, морских звёзд, яйца птиц, собрание насекомых, «простирающееся до 10 000 экземпляров», гербарий растений почти на 2000 листах, отдельные морские водоросли. Было открыто более 400 новых видов растений и животных. «По части минералогии: отпечатки, окаменелости, земли, руды, береговые и горно-каменные формации, состоящие в огромном количестве разнородных шурфов, собранных в Русско-Американских колониях и на Камчатке».