В Охотске отряд Беринга составлял 200 человек, но в городе было всего 11 жилых изб. Началось строительство, для которого пришлось издалека доставлять брёвна, глину, камни. Но для постройки кораблей, пригодных к морскому плаванию, Беринг решил переместиться на Камчатку, куда отплыл в августе 1727 года. Остановившись в Большерецке, он по рекам переправил своё громоздкое снаряжение на восточный берег полуострова — в Нижнекамчатск. В этом городе и было построено первое судно Камчатской экспедиции — «Св. Гавриил». На нём июля 1728 года Беринг отплыл на север для выполнения три года назад полученного приказания Петра: найти место, где Азия соединяется с Америкой или отделяется от неё.

11 августа по курсу корабля возник остров. Ему было дано имя Святого Лаврентия. А дальше на 67° 18’ с. ш. азиатский берег поворачивал на запад. Американского берега не было видно. Беринг и Чириков решили, что судно вошло в пролив, который они называли, как на старинных картах, Анианским.

На обратном пути был замечен ещё один остров — Святого Диомида. Но и на нём моряки не высаживались. В самом начале сентября «Св. Гавриил» прибыл в Нижнекамчатск и стал на якорь в устье реки Камчатки. Миновала зима. Летом 1729 года «Св. Гавриил» снова вышел в плавание, на сей раз взяв курс на восток, где, по словам местных жителей, в ясную погоду можно было видеть землю. Однако туман сделал это плавание безрезультатным. В конце июня корабль пришёл в Охотск, откуда Беринг отправился в Петербург с докладом о завершении экспедиции.

Но в Адмиралтейств-коллегии высказали недовольство: неоспоримые доказательства существования пролива между материками не были получены. И Берингу предложили составить проект новой экспедиции. В разработке проекта приняли участие адмирал Н.Ф. Головнин, обер-секретарь Сената И.К. Кириллов, Ф.И. Соймонов и помощник Беринга Алексей Чириков. Определены были задачи новой экспедиции, которая получила наименование «Вторая Камчатская». Они казались грандиозны: исследование северных берегов Сибири от устья Печоры до Чукотской земли, поиск путей к Японии и описание Курильских островов, исследование южной полосы русских владений от Байкала до Тихого океана, пути из Якутска в Охотск и, главное, — к берегам Северной Америки. По ходу экспедиции предполагалось получить возможно более полных сведений о географии Сибири.

Известный мореплаватель и океанолог контр-адмирал Н.Н. Зубов по поводу этой программы писал: «Никогда ещё ни одна страна не организовывала столь обширной по задачам экспедиции. Это было поистине величайшее государственное предприятие... притом проводившееся в весьма тяжёлых природных условиях».

Для такой работы нужны были отважные путешественники, люди, без преувеличения, героического склада. Из таких людей и были созданы несколько отрядов, сухопутных и морских. Все отряды работали, результаты были разными, но по всем направлениям, которые намечались в программе, было сделано всё что можно.

Пять отрядов, объединённых под позднее появившимся названием Северной экспедиции, совершили казавшееся невозможным: всё побережье Северного Ледовитого океана было обследовано и в значительной части заснято.

Сенат назначил начальником экспедиции Витуса Беринга и определил ему «в товарищи другого капитана доброго, из русских». Таковым, естественно, стал Алексей Ильич Чириков.

Вторая экспедиция Беринга выступила из Петербурга в марте 1733 года, но только через четыре года прибыла в Охотск. Исключительно трудным был путь от Якутска: пришлось весь огромный экспедиционный груз тащить людям, потому что лошади оказались непригодными.

Летом 1740 года были построены в Охотске два судна-пакетбота: «Св. Апостол Пётр», который взял под свою команду Беринг, и «Св. Апостол Павел», командиром которого стал Чириков. Корабли прибыли на зимовку в Авачинскую бухту на востоке Камчатки. На берегу бухты, над которой высился постоянно курящийся вулкан, экспедиция Беринга заложила город-порт, назвав его именем своих судов — Петропавловск. Пока суда стояли вмерзшими в лёд, Чириков определил координаты нового города и составил списание бухты.

4 июня 1741 года, когда лёд ушёл, суда направились на юго-восток, где на карте, составленной консультантом экспедиции астрономом Делилем де ла Кройером, была помещена Земля Жуана да Гамы. Этой земли, в существование которой высказывал сомнение Чириков, на деле не было — ни клочка суши в этой части океана не обнаружилось.

Суда повернули на северо-восток и 20 июня на 40° с. ш. в тумане потеряли друг друга. Судьба у каждого судна была своя, и они больше не встретились, так же как Беринг и Чириков.

Двигаясь на северо-восток, «Св. Павел» Чирикова в ночь с 15 на 16 июля, на 41-й день после выхода из Петропавловска, подошёл к тихоокеанскому берегу Северной Америки. Моряки увидели в разрывах тумана гористую землю, покрытую снегом, а перед ней — цепь островов. Это было южное побережье полуострова Аляска, хребет Святого Ильи и архипелаг Александра. На берег отправились пятнадцать матросов, но они не вернулись, пропав без вести.

Чириков повёл «Св. Павла» на юго-восток, потом повернул на юг, миновав острова Афогнак, Кадьяк, и пошёл вдоль Алеутской островной гряды. Были открыты острова Умнак, Агату, Атту. На острове Адак русские встретились с алеутами. В этом плавании у американских берегов экипаж «Св. Павла» находился далеко не в благополучном положении. Недоставало пресной воды, распространялась цинга, от которой умерло уже почти треть людей. Даже сам Чириков, как он писал, «весьма от цинги изнемог». В Петропавловск судно привёл 10 октября 1741 года штурман Иван Елагин.

Оправившись от болезни, Чириков в декабре направил в Адмиралтейств-коллегию свой рапорт, впервые содержавший описание северо-западного побережья Северной Америки.

Весной 1742 года «Св. Павел» ушёл в новое плавание, на восток от Камчатки, с целью поиска корабля Беринга, который не вернулся в Петропавловск. Пакетбот достиг острова Атту, но сплошной туман и сильный ветер заставили вернуться, чтобы избежать риска крушения. На обратном пути видели издали остров, на котором находилась команда «Св. Петра» и где уже был похоронен командор Беринг. Но судно прошло мимо.

Затерявшиеся в тумане в июле 1741 года два парусника Второй Камчатской экспедиции находились совсем недалеко друг от друга. И в заливе Аляска, и у острова Кадьяк, и у Алеутских островов их пути пересекались. Только «Св. Павел» чуть-чуть опередил «Св. Петра» и подошёл к американскому берегу на полтора дня раньше, а обратный его путь к Камчатке был более прямым. Парусник Беринга менявшиеся ветры заставили петлять у берегов Америки. Беринг открыл остров Туманный, названный потом именем Чирикова, пять Евдокеевских островов и заснеженный Алеутский хребет на полуострове Аляска.

16 июля, в Ильин день, моряки увидели гигантскую вершину, покрытую ледниками, которую назвали горой Святого Ильи, как и остров вблизи её (острову потом возвращено было эскимосское имя Каяк). От этого острова Беринг двинулся не на север, где бы он встретился с Чириковым, а на юго-запад, надеясь всё же найти мифическую Землю да Гамы. Штормовые ветры подхватили парусник, в течение двух месяцев гоняли его по океану и 4 ноября прибили (когда «Св. Павел» уже стоял на якоре в Авачинской бухте) к пустынному, низменному острову, который первоначально Беринг принял за Камчатку. Решено было высадиться на берег для зимовки. Цинга уже унесла жизни двенадцати человек, тридцать четыре находились в тяжёлом состоянии. Корабль штормом был выброшен на берег.

Измученные голодом и болезнями, люди остались зимовать на острове в землянках. В одной из них 8 декабря 1741 года на 60-м году жизни скончался Витус Беринг. О его смерти начальник Академического отряда Второй Камчатской экспедиции историк Герард Миллер писал так: «...Сожалеть должно, что он жизнь свою скончал таким несчастным образом. Можно сказать, что он ещё при жизни погребён был: ибо в яме, в которой он больной лежал, песок всегда осыпался, заваливая у него ноги, коего он напоследок больше отгребать не велел...»