Путешественники взяли с собой сани, надувные лодки, лыжи, меховые куртки, палатки, спальные мешки и запасную радиоаппаратуру. Все оборудование весило 480 кг, продовольствие — 460 кг. По мнению Мальмгрена, ни одна полярная экспедиция не была снабжена лучше, чем экспедиция на «Италии».

Экипаж составили 13 человек: командир Нобиле, штурманы Мариано, Дзаппи и Вильери, инженер Трояни, старший механик Чечони, мотористы Ардуино, Наратти, Чокка и Помелла, наладчик-монтажник Александрини, радист Бьяджи и метеоролог Мальмгрен. Семеро из них участвовали в полете на «Норвегии». В состав экспедиции вошли также Бегоунек, Понтремолли, журналист Лаго и… маленький фокстерьер, с которым Нобиле не расставался ни в одном из своих путешествий.

15 апреля 1928 года дирижабль покидает Милан и через Судеты направляется в Стольп, порт на южном берегу Балтийского моря. Сделав остановки в Стольпе и Вадзее, дирижабль благополучно прибыл в Кингсбей.

11 мая «Италия» покидает ангар и направляется к Земле Франца-Иосифа, расположенной на полпути между Шпицбергеном и Северной Землей. Однако поднявшийся ветер и сплошной туман сильно затрудняли полет корабля, и по совету Мальмгрена Нобиле отдает приказ повернуть назад.

Через четыре дня дирижабль вторично покидает причал Кингсбея. Однако Северной Земли снова не удается достичь, хотя полет продолжался не семь, как вначале, а 69 часов.

В программу третьего полета входило исследование неизвестных областей между Шпицбергеном и Гренландией. Нобиле намеревался достичь мыса Бриджмена на севере Гренландии, после чего взять курс на Северный полюс вдоль 27-го меридиана к западу от Гринвича. К полюсу отправились 23 мая, в 4 часа 28 минут, имея на борту 16 человек.

Полет до севера Гренландии и далее к полюсу протекал без происшествий, при попутном ветре. Но над полюсом сгустилась облачность и начался сильный ветер. Дирижабль пробил пелену тумана, снизился до 150—200 метров и сделал большой круг. Взорам аэронавтов открылась изрезанная трещинами и каналами ледяная пустыня. Ни о какой посадке или десанте не могло быть и речи. Мальмгрен, Бегоунек и Понтремолли вели наблюдения. Затем на полюс торжественно сбросили большой деревянный крест, освященный папой римским, и национальный флаг Италии.

Мальмгрен подошел к Нобиле и, пожимая ему руку, произнес: «Немногие могут, как мы, сказать, что дважды побывали на полюсе!» Его слова услышала команда. Раздались возгласы: «Да здравствует Италия! Да здравствует Нобиле!»

Предстояло решить, куда лететь дальше. Возвращению на Шпицберген мешал сильный встречный ветер. До сих пор ветер благоприятствовал полету, теперь же он становился серьезным противником. Если борьба с ним затянется, дирижабль израсходует все горючее.

Нобиле предложил долететь при попутном ветре до северных берегов Канады. Мальмгрен возражал: полет к берегам Канады, к устью реки Маккензи, продлится самое меньшее 10 часов, а за это время ветер может переменить направление. По его прогнозу встречный ветер через несколько часов сменится попутным, поэтому он советовал возвращаться на Шпицберген. Нобиле согласился с его доводами; но, увы, ветер вопреки предсказанию Мальмгрена не изменит направления, а, наоборот, еще усилится и будет сносить дирижабль на восток от намеченного курса.

На дирижабле увеличили скорость, запустив третий двигатель. Но из-за этого возросли расход топлива и нагрузка на конструкцию. Полет проходил вслепую, к тому же при сильной качке; ни одного солнечного луча — кругом туман и тучи. Без солнца нельзя определить местоположение. Нобиле снова запустил третий мотор. Наступило утро 25 мая.

25 мая, уже около 3 часов, Нобиле, обеспокоенный большим расходом топлива и тем, что с увеличением скорости конструкция дирижабля подвергалась слишком большой нагрузке, решил сбавить скорость до нормальной.