В 1875 году японцы «уступили» Сахалин русскому правительству, обменяв никогда не принадлежавший им остров на Курильскую гряду и выговорив себе еще и право на лов рыбы в сахалинских водах.

В это время появилось несколько ученых трудов о Сахалине, его природе и людях, богатствах недр. Кропоткин писал о строении сахалинских горных хребтов. Описание угольных месторождений Сахалина составил А. Кеппен. Он насчитывал здесь тридцать семь месторождений: двадцать пять на западном побережье, четыре — на восточном и восемь — внутри острова. По мнению Кеппена, растительность Сахалина, Камчатки и Аляски в древности была одинаковой, следовательно, можно предполагать, что когда-то они были слиты в сплошной материк, покрытый более теплолюбивыми, нежели теперь, растениями, из которых и образовались сахалинские угли.

В 1879 году в посту Дуэ на западном побережье была высажена первая партия каторжников. Они стали работать на угольных копях. Началась полная драматизма история сахалинской каторги. Так Сахалин на долгие годы стал царской тюрьмой.

Но русские люди продолжали освоение природных богатств острова.

В бухте Маука, в морской заводи между рифами, сновали лодки. На трехсаженной глубине деревянными вилами они поднимали наверх морскую капусту. Ради этого промысла в Мауке обосновался некий Семенов. Он выстроил на морском берегу целый поселок. Кроме капусты, Семенов добывал огромное количество рыбы, которую перерабатывали на удобрения. В поселке жили русские, айны, корейцы и китайцы.

В 1880 году на берегах Сахалина появился воспитанник П. Кропоткина, магистр зоологии, описавший находки Пржевальского, блестящий русский ученый И. С. Поляков. Его спутниками были зоолог А. М. Никольский и верный проводник-чеченец Мусса. Их походы по Сахалину длились более трех лет. На повозке, запряженной волами, Поляков поднялся, в 1881 году на хребет Пилингу и достиг реки Тыми. По Тыми он поплыл вниз — к Ныйскому заливу. На протяжении 272 верст пути по беспокойной реке Поляков преодолел 110 трудных препятствий — опасных порогов, перекатов. В устье реки ученый обнаружил рядом с дюнными песками вечную мерзлоту. Он побывал во вновь основанном Александровском посту, где обнаружил следы древнего человека, прошел все течение речки Дуйки и тщательно исследовал ее. Вскоре после этого на Дуйке было основано русское поселение.

Иван Поляков внимательно изучал жизнь айнов. Он с гневом писал о том, как японцы издеваются над айнами, о беспросветном рабстве, в котором пребывают эти кроткие люди. Всюду, где русские не могли защищать айнов, те подвергались беспощадным издевательствам, а затем истреблению. Велика заслуга Полякова, Анучина и других ученых в том, что они говорили правду об айнах, которых японцы не считали за людей. И айны платили русским доверием, любовью и помощью в их трудных походах.

И. С. Полякова на Сахалине сменил военный географ, полковник Гарнак, который в 1885–1886 годах совершил путешествие на юг от Корсаковского поста. Гарнак первым из сахалинских следопытов увидел нефть. Это было на северной оконечности острова в том месте, где главный горный хребет постепенно понижается к морю.

…От сахалинского мыса Крильон до мыса Сойя на берегу японского острова Хоккайдо (Иезо) всего двадцать две мили. Это пролив Лаперуза. Корвет «Витязь» под командой С. О. Макарова шел между берегами Сахалина и Японии, разыскивая таинственную струю холодного течения, идущего от мыса Крильон к Камню Опасности. Мореплаватели, еще не видя этой скалы, знали, что корабль приближается к ней; сивучи криками помогали определить положение судна. «Пятно» холодной воды было открыто к югу от Крильона.