Приняв запасы угля и проведя проверку боевых расписаний, в 3 часа дня 20 сентября покинули стоянку в Кольском заливе. В глубине его побывали в эти дни только "Слава" и "Богатырь", которые 19 сентября, пройдя 25 миль от Екатерининской гавани, имели 6-часовую якорную стоянку между местечком Анна Корча и мысом Пинегория. Где-то здесь и был основан в 1915 г. г. Романов-на-Мурмане (с 1918 г. Мурманск).

Выйдя из залива, "Цесаревич" перешел в назначенное адмиралом рандеву в 5 милях к северу от восточной оконечности о. Кильдин. Это место отвечало диспозиции для проведения силами всего отряда гидрологических исследований. Их целью было, очевидно, намерение адмирала помочь мурманской экспедиции "Андрея Первозванного" и дать гардемаринам урок океанографии. Показательны имевшие такое же большое педагогическое значение постоянная боевая учеба, многообразные работы по морской практике и рациональное использование ночного времени — в открытом море в удалении от берегов.

Полной глубокого значения, пробуждавшей надежды и оптимизм была эта последняя стоянка отряда на рейде Могильном. Отряд словно бы передавал историческую эстафету будущему российскому, затем советскому и теперь снова российскому флоту. В последний раз собравшийся на рейде отряд в окружении своих верных спутников "Мурмана" и "Андрея Первозванного" — словно бы символизировал в тот час надежды на создание в этих водах постоянного флота и ожидания грядущих успехов в единении с наукой и гражданским флотом во славу и пользу России.

В 8 час. вечера 20 сентября адмирал перешел на "Цесаревич" и в 9 час. 15 мин. оба корабля снялись с якорей и легли на курс норд-ост 15°. Идя в начавшемся густом снегопаде, обменивались свистками. Спустя час увидели огни "Славы". По сигналу "Цесаревича" она заняла свое место в кильватере впереди "Богатыря". В 2 час. 50 мин. 21 сентября семафором на "Славу" передали приказание лечь на курс норд.

С этого момента отряд перешел параллель 70° в.д. Затем последовал радиотелеграфный приказ адмирала по отряду: "Богатырю" и "Славе" начать производить указанные измерения каждые 10 миль, а на глубинах менее 100 сажень — каждые 5 миль. Скорость на время проведения исследований, увеличили до 12 уз. Следуя приказанию, корабли выходили из строя и ложились на заданный курс. Как видно из вахтенных журналов, корабли шли строго по следующим параллелям: "Богатырь" — 70°02′, "Слава" — 70°11′, "Цесаревич" — 70°17′. Этим неслыханным в практике флота строем фронта корабли шли по счислению всю ночь и утро.

Впервые в истории полярных исследований они одновременно выполняли гидрологический, или, как говорят сегодня, океанологический разрез. Серией гидрологических станций, то есть остановок в океане с промером глубин, взятием проб воды и грунта выявлялось состояние вод по горизонтам разреза. Эти сведения должны были стать первым вкладом флота в копилку знаний о водах русского Севера.

Не все прошло гладко — не имея практики, потеряли несколько приборов. Последнюю восьмую промерную станцию на "Цесаревиче" выполнили в 10 час. 45 мин. утра 21 сентября. В 13 час. 40 мин., прервав полосу тумана и вырвавшись из объятий преследовавших корабли снежных зарядов, отряд пришел в Варде. В 2 часа вечера 21 сентября, пополнив запасы, вышли из пролива Буссе-Зунд.