Через два дня была сделана новая попытка. Мичман Гроте с матросами обнаружил ещё одно селение аборигенов, дома в нём были покрыты берёзовой корой, а жители одеты в оленьи шкуры. Несколько дней бродил по берегу Гроте среди песчаных холмов, заросших лиственничным криволесьем, и торфяных болот, пересекая множество ручьёв, мелеющих при отливе. Но проход в лиман Амура так и не нашёл.

В те же дни Пётр Казакевич с двумя матросами миновал на шлюпке песчаные наносы и вышел к скалистому берегу, покрытому густым лесом, затем спустился по течению реки, где впервые встретил глубину до 20—30 саженей. Когда Казакевич поднялся на возвышающуюся над рекой гору Табах, чтобы точно определить её координаты, используя астрономические наблюдения, то был поражён открывшейся перед ним картиной.

Залив Счастья

На запад расстилалось огромное водное пространство, «которому не было конца», это и был так долго разыскиваемый Амур. Прямо на горизонте, за широким лиманом, проступали очертания Сахалина. Спустившись с горы, Казакевич поднялся вверх по Амуру до гилякского селения Чныррах и вернулся после семинедельного путешествия на «Байкал».

15 июля Невельской сам на вельботе с двумя шлюпками отправился в плавание. С ним были три офицера, врач и 14 матросов. Проверили измерения глубин, выполнили несколько астрономических определений координат, выявили фарватер на Амуре.

22 июля Невельской со своей командой достиг того места, где берег материка ближе всего подходил к сахалинскому. «Здесь, — писал он в отчёте, — между скалистыми мысами на материке, названными мною — Лазарева и Муравьёва, и низменным мысом Погиби на Сахалине вместо найденного Крузенштерном, Лаперузом, Браутоном и в 1846 году Гавриловым низменного перешейка, мы открыли пролив шириною в 4 мили и с наименьшей глубиной 5 саженей... Мы возвратились обратно и, проследовав открытым нами Южным проливом, не теряя нити глубин, выведших нас из Татарского залива в лиман, направились вдоль западного берега Сахалина».

Прежде чем вернуться с неожиданной вестью о своём открытии в Охотск, Невельской провёл съёмку и опись юго-западного побережья Охотского моря, что предполагалось инструкцией. Описаны были несколько островов, длинный залив, перегороженный песчаными намывными барами (подводными валами), измерены глубины. Найден был участок залива, в который могли бы заходить суда без риска сесть на мель. Невельской назвал его заливом Счастья.

Никаких сведений от «Байкала» уже давно не поступало. В Охотске, куда должен был вернуться Невельской, забеспокоились о судьбе корабля. Генерал-губернатор Н.Н. Муравьёв отправил на поиски офицера М.С. Корсакова на шхуне «Кадьяк». Однако Корсаков ни с чем возвратился в Аян, где на транспорте «Иртыш» находился сам генерал-губернатор.

«Байкал» нашёл поручик Дмитрий Орлов, посланный на байдарах управляющим Охотским отделением Российско-Американской компании Василием Завойко. Взяв Орлова на борт, Невельской направился в Аян. Увидев показавшийся «Байкал», Муравьёв поплыл к нему навстречу на вельботе. Невельской крикнул ему с борта транспорта: «Сахалин — остров! Вход в лиман и реку Амур возможен для морских судов с севера и юга!»

При встрече с Муравьёвым он рассказал, что 10 июля, покинув «Байкал», на трёх шлюпках участники экспедиции двинулись вдоль берега материка, обогнули мыс Табах и пошли вверх по реке, достигнув к концу дня полуострова Куегда. 13 июля повернули вниз по реке, к мысу Пронге, южнее устья Амура. 15 июля шлюпки вошли в лиман и поплыли по нему к югу.

22 июля 1849 года моряки оказались там, где материковый берег совсем близко подошёл к сахалинскому, но не соединился с ним низменным перешейком, о котором писал Лаперуз, через 10 лет после него англичанин Браутон, а ещё через 10 лет Иван Фёдорович Крузенштерн.