2 июня судно вышло из Авачинской бухты, через пять дней пересекло по Четвёртому Курильскому проливу островную гряду Курил, слегка задерживаясь из-за безветрия. Охотский берег был измерен — астрономический пункт с координатой 51°40' с. ш. — как раз в том месте, где более 40 лет назад Крузенштерн попал в «сулой» — неприятное столкновение приливо-отливных течений, из-за чего шлюп «Надежда» не смог пройти в Татарский пролив. Тогда так и не удалось выяснить, соединён ли Сахалин с материком.

Поиски Амура

Транспорт «Байкал» подошёл к берегу в ночь с 11 на 12 июня. Как только забрезжил рассвет, Невельской напряжённо стал всматриваться в контуры низменного берега, за которым виднелось водное пространство, а далее — заснеженные сопки.

Невельской настойчиво начал искать признаки Амура. К берегу отправились алеутские байдары, но им не удалось приблизиться к суше. Алеуты сообщили только, что обнаружен залив, в котором много китов. Отправились вельбот и шлюпка с офицерами «Байкала» во главе с Петром Казакевичем. На этот раз берег был достигнут и произошла встреча с местными жителями — гиляками. Они ничего не знали об Амуре: он где-то далеко и залив к нему не ведёт, но на песке начертили другую реку, которая впадала в лиман. Возможно, Амурский.

Подпоручик Лев Попов на байдаре отправился с разведкой на север, но ничего, кроме наносных шхер со множеством тюленей и птиц, не обнаружил. Ещё одну байдару — с мичманом Эдуардом Гроте — отправил Невельской, но и она возвратилась ни с чем.

«Байкал» подошёл к северной оконечности Сахалина — мысу Елизаветы. Здесь снова — шлюпка за шлюпкой — плыли к противоположному берегу, моряки находили там пресные озёра, но соединения их с рекой не обнаружилось.

В это время с «Байкала» велась съёмка очертаний Северного Сахалина, при этом исправлялись ошибки, допущенные при прежних работах, особенно связанные с неверным определением долготы. По карте, составленной Крузенштерном и Беллинсгаузеном, получалось, что «Байкал» плыл по суше. Закончив съёмку на севере и обогнув мыс Марии, Невельской пошёл вдоль западного берега Сахалина на юг. Сутки пришлось потратить на то, чтобы сняться с мели, коварно подкараулившую транспорт. 20 июня моряки вышли на глубокое место и встали на якорь в заливе, который назвали именем корабля — Байкал. Именно этот залив обнаружил впервые в 1846 году штурман Александр Гаврилов, совершавший по указанию Ф.П. Врангеля переход из Ново-Архангельска к Западному Сахалину и чуть было не открывший устье Амура.

Открытую им бухту Гаврилов назвал заливом Обмана. Теперь именно здесь поставил Невельской на якорь «Байкал», продолжив поиски Амурского лимана с помощью шлюпок и алеутских байдар.

Затем он медленно двинулся на юго-запад, измеряя глубины и не зная, что совсем недалеко от Обмана находится Истина. Очередной мели избежать не удалось. Снявшись с неё, «Байкал» с чрезвычайной осторожностью, постоянно меняя курс, двинулся к материковому берегу. 27 июня он снова стал на якорь.

Поиск продолжался с помощью шлюпок. Мичман Алексей Гейсмар с недельным запасом продуктов, шестью матросами и юнкером, князем К.Ухтомским, на вельботе отправился к берегу. С двумя матросами Гейсмар прошёл к селению — в нём было три десятка домов. Затем, отсмотрев с возвышенности окрестности, увидел второе селение. С трудом продираясь через густые заросли кедрового стланика, только на следующий день мичман попал в деревню, где моряков встретили около полутораста жителей. Село находилось на мысе Головачёва, к которому на баркасе подошёл Казакевич. Совместные поиски снова не дали результатов.