Семь лет спустя состоялась вторая экспедиция Э.В. Толля в высокие широты, теперь он сам был ее руководителем. Основной целью были раскопки тела мамонта, обнаруженного на побережье Восточно-Сибирского моря. Кроме того, проводились и инструментальные наблюдения, определялись астрономические пункты — это позволило бы во многом исправить и уточнить географические карты того времени…

Эти путешествия были для Толля временем, когда окончательно происходило его становление не только как ученого, но как человека, личности. Характер его становился тверже, решительнее. Свое мнение, свои убеждения он готов был отстаивать в любых инстанциях. Это показали, например, события, предшествующие началу второй экспедиции.

Хотя Толля назначили ее руководителем, специальная комиссия, созданная Российской академией наук для разработки плана экспедиции, предложила инструкции, во многом ограничивающие деятельность ученого. Вот выдержка из документа, подтверждающая это: «При этом комиссия считает своей обязанностью подтвердить, что разыскание и тщательная раскопка трупа мамонта есть первоначальная и главнейшая цель экспедиции. Академия, следовательно, ожидает от Вас особых стараний для успешного выполнения этой основной задачи экспедиции и не изъявляет согласия на ускорение или упрощение работ по раскопке мамонта ради уделения большего времени исследованию реки Анабар, включенного в программу экспедиции лишь на случай, если заявленные трупы не оправдают ожиданий…»

Толль, однако, проявил твердость. Экспедиция, на его взгляд, могла принести более разнообразные и важные результаты, чем только раскопки тела мамонта, и он оказался прав, добившись более широких полномочий. Основная цель экспедиции оказались не очень интересной: были обнаружены лишь небольшие остатки кожи ископаемого животного, покрытые шерстью, — части ног да нижняя челюсть. Зато другие результаты экспедиции, продолжавшейся год и два дня, были значительно важнее.

Маршрут Толля пролег от верховьев реки Яны до северного берега острова Котельного, а затем — до Хатангской губы. Экспедиция произвела 4200 километров маршрутной съемки. Первым из исследователей Эдуард Васильевич Толль дал описание плоскогорья между реками Анабар и Попигай. На карте остались предложенные Толлем географические названия — хребет Прончищева и хребет Чекановского. Экспедиция вела подробный метеорологический журнал. Собраны были немалые палеонтологические материалы, которые впервые позволили получить представление о геологическом строении района Анабар и Хатанги. А к этому надо добавить и собранные экспедицией весьма обширные ботанические, зоологические, этнографические коллекции…

Большая серебряная медаль имени Н.М. Пржевальского — такова была награда, которую получил Эдуард Васильевич Толль от Русского географического общества, высоко оценившего результаты его путешествий. Да и Академия наук, прежде желавшая ограничить его самостоятельность, наградила ученого денежной премией. Имя исследователя стало известным; он участвует в работе Международного геологического конгресса в Цюрихе, Русское географическое общество командирует его в Норвегию для приветствия от имени общества знаменитого путешественника Фритьофа Нансена на устраиваемых в его честь торжествах.

Время, проведенное в Норвегии, Толль использовал для новых исследований: он изучал ледники покровного типа, характерные для Скандинавии. Вернувшись в Россию, ученый оставил службу в Академии наук и переехал в Юрьев, где начал писать большой научный труд о геологии Новосибирских островов и статью о важнейших задачах исследования полярных стран. Это был широкий и развернутый план дальнейшего научного наступления на Арктику, руководство к действию для исследователей самых разных специальностей.

В эти годы, оказавшиеся весьма плодотворными, ученый проводил и разнообразные исследования в Прибалтике: изучал, например, развитие древних ледниковых отложений и колебания Балтийского моря в послетретичный период…

Позже Толль плавал на первом русском ледоколе «Ермак», построенном по предложению замечательного русского ученого-гидрографа — адмирала С.