После окончания отпуска лейтенант Колчак был прикомандирован к Академии Наук для завершения обработки результатов Русской полярной экспедиции 1900-1903 годов. Именно тогда он пишет упомянутую выше монографию по гляциологии, выступает с докладами, становится членом Российского Географического Общества. В этот же период он подготовил к печати карты Ледовитого океана.
Сокрушительное морское поражение в Русско-Японской войне выдвинуло на повестку дня восстановление флота. Причём восстанавливать и реформировать его необходимо было с учётом всех ошибок, накопленного опыта, изменившейся ситуации. Это осознавали многие видные военные и политические деятели того времени; осознавал это и лейтенант Колчак. В январе 1906 года он вместе с группой молодых морских офицеров организовал Петербургский военно-морской кружок, став его председателем. По инициативе этого кружка был создан Морской Генеральный Штаб - орган оперативного руководства флотом, и с 1 мая Колчак был к нему прикомандирован. 23 июня Александр Васильевич был зачислен в штат по отделению русской статистики и в течение 1906-1908 годов активно работал над возрождением флота. Он принимал участие в изучении военно-политической обстановки, причём офицеры Морского Генерального Штаба ещё в 1906 году предсказали основной ход будущей войны, которую потом назовут Великой или Первой мировой. Колчак принимал участие в разработке судостроительных программ, нередко выступал в Государственной Думе, отстаивая позиции России и Флота. В декабре 1907 года на очередном заседании Петербургского военно-морского кружка произведённый к тому времени в капитан-лейтенанты Колчак выступил с докладом «Какой нужен России флот», отстаивая необходимость постройки прежде всего линейных кораблей. После этого доклада его имя стало ещё более популярным в морских офицерских кругах. 13 апреля 1908 года Колчак был произведён в капитаны 2-го ранга и назначен на должность заведующего одним из ведущих отделов Морского Генштаба - отдела Балтийского театра. Но вскоре из-за разногласий с новым морским министром С. А. Воеводским Колчак вынужден был оставить Генеральный Штаб.
Несколько месяцев он читает лекции в Николаевской Морской Академии, а затем при содействии начальника Главного Гидрографического Управления А. И. Вилькицкого решает продолжить полярные исследования, приняв участие в готовящейся экспедиции по исследованию Северного Морского пути на ледокольных транспортах «Таймыр» и «Вайгач». Он был назначен командиром «Вайгача» и наблюдал за постройкой судна; в октябре корабли ушли на Дальний Восток через Индийский океан. 3 июля 1910 года они прибыли во Владивосток и до конца навигации совершили плавание к Берингову проливу и в Чукотское море, проведя комплекс научных исследований. В следующую навигацию «Таймыр» и «Вайгач» должны были пройти Северным Морским путём. Эта экспедиция состоялась, и во время неё было совершено крупнейшее географическое открытие XX века - открыта Земля Императора Николая II (впоследствии переименована большевиками в Северную), но Колчаку участвовать в этом уже не удалось: в конце 1910 года его вызвали в Петербург.
В столице Колчак занял ту же должность, что и перед своим отъездом - заведующего отделом Балтийского театра. Занимался он деталями судостроительной программы, разработкой нового типа кораблей, подготовкой флота в целом к будущей войне.
В 1912 году командующий Балтийским флотом, выдающийся моряк, адмирал Н. О. Эссен (Колчак знал его ещё по Порт-Артуру) рекомендовал ему перейти в действующий флот. Сам Колчак рассказывал в 1920 году: «Меня самого очень тяготило пребывание на берегу, я чувствовал себя усталым, и мне хотелось отдохнуть в обычной строевой службе, где всё же было легче». В 1912 году Колчак становится командиром эсминца «Уссуриец», год спустя получает чин капитана 1-го ранга, и Эссен назначает его флаг-капитаном (начальником оперативной части) Штаба Балтийского флота и одновременно командиром эсминца «Пограничник» - посыльного судна адмирала. В начале 1914 года Александр Васильевич занял должность флаг-капитана, на которой его и застала Великая война.
Естественно, что любая война - это трагедия. Но для Колчака как для военного моряка высочайшего класса это была и возможность проверки в действии всего того, над чем он так усиленно работал в мирное время. Именно поэтому, по его словам, «начало войны было одним из самых счастливых и лучших дней моей жизни».
Активных действий - крупных морских сражений между линкорами и крейсерами - на Балтике не велось: германский флот, основное внимание которого было сосредоточено на английских кораблях в Немецком море, здесь ограничивался лишь пассивным наблюдением. Зато именно на Балтийском театре русские моряки проявили себя как лучшие в мире минёры. Минные постановки начались ещё за день до официального объявления войны, и активное участие в планировании и проведении этих сложнейших операций принимал Колчак. В начале сентября 1915 года он был назначен исполняющим обязанности командующего Минной дивизией Балтийского флота, а с декабря вступил в эту должность на постоянном основании, будучи одновременно командующим морскими силами Рижского залива.