Не доходя до Петровского, старый барк «Шелихов» затонул. Только самоотверженность экипажа и помощь подоспевшего корвета «Оливуца» под командованием капитан-лейтенанта Ивана Николаевича Сущева спасли экспедицию. Этот корвет был послан в воды Дальнего Востока для охраны русских коммуникаций, а также для защиты местных жителей от хищничества иностранных китобоев. Активное участие в спасении приняли и зимовщики Петровского под руководством Д. И. Орлова, и матросы зимовавшего там же брига «Охотск» под командованием П. Ф. Гаврилова.
На косе залива Счастья уже было несколько построек, возводились новые. Среди зимовщиков не оказалось больных. С 25 матросами вместе с лейтенантом Николаем Константиновичем Бошняком и приказчиком Российско-Американской компании Алексеем Павловичем Березиным Невельской вскоре на вельботе и баркасе отправился в устье Амура. Там, на мысе Куегда, был официально основан Николаевский пост с постоянной командой во главе с лейтенантом Бошняком. Мичман Николай Матвеевич Чихачев, перешедший в экспедицию с корвета «Оливуца», и топограф П. Попов приступили к подробным гидрографическим исследованиям южной части лимана Амура.
Амурская экспедиция развертывала широкую деятельность. Этим же летом Н. М. Чихачев и Д. И. Орлов совершили большое путешествие на шлюпке вверх по Амгуни, нанесли этот приток Амура на карту и собрали сведения о жизни местного населения.
Зима 1851/52 года для участников Амурской экспедиции прошла в беспрерывных разъездах. Постепенно расширялась сфера их научных интересов. Чихачев осенью совершил поездку вверх по Амуру до озера Кизи и привез сведения о реке и живущих по ее берегам гиляках (нивхах), а также известия о заливе Нангмар (залив Де-Кастри, ныне залив Чихачева). Орлов той же осенью изъездил район к северу от Николаевского поста, совершив поход через селение Коль к озеру Чля, затем перебрался на Амгунь, по ней вышел к Амуру у селения Ухтр и вернулся левым берегом Амура в пост, а оттуда — в Петровское.
По возвращении из этих командировок Орлов снова отправился в Тугурский край, а Чихачев — в залив Нангмар. Во время посещения этого залива Чихачев убедился в том, что это и есть открытый Лаперузом залив Де-Кастри. Он даже видел у одного из аборигенов небольшое зеркало с надписью по-французски: «Лаперуз». От местных жителей Чихачев узнал о существовании к югу от залива Нангмар другого большого залива, известного у них под названием залива Хаджи.
Весной 1852 года Бошняк совершил трудный и очень важный в научном отношении поход на Сахалин. Исследователь пересек остров по направлению реки Тымь и открыл на его западном берегу залежи каменного угля. Попов и Березин произвели съемку правого берега Амура до залива Кизи. Неутомимый Бошняк весной наблюдал в селении Ухтр вскрытие Амура. На основании данных этих исключительных по результатам изысканий Невельской аргументированно ходатайствовал перед Муравьевым о разрешении обосноваться на берегах озера Кизи и залива Нангмар.
С большим уважением относился глава экспедиции к своим сотрудникам. Этот на первый взгляд суровый мореплаватель после более длительного знакомства оказывался на. редкость душевным человеком. Маленький его домик в Петровском был всегда открыт для всех. Здесь шли нескончаемые разговоры о будущем Приамурья и Приморья, вынашивались дерзкие планы предстоящих исследований.
С приходом корвета «Оливуца» (18 июля 1852 года) под командованием лейтенанта Ивана Федоровича Лихачева, заменившего погибшего в 1851 году в Петропавловской гавани И. Н. Сущева, экспедиция пополнилась еще двумя молодыми офицерами: мичманами Александром Ивановичем Петровым и Григорием Даниловичем Разградским. Разградский направился в Николаевский пост на смену Бошняку, Петров был занят перевозкой на баркасе продовольствия и товаров из Петровского в Николаевский пост. Бошняк же должен был прибыть в залив Нангмар и приготовить там все для основания поста. В Николаевском посту начальником оставался Петров. Воронин летом описал побережье Сахалина от мыса Погоби до залива Виахту, открытого Бошняком. Лихачева Невельской отправил в Иркутск к Муравьеву с донесениями. Орлов занимался промерами лимана Амура, но малоуспешно: без парового катера производить промеры фарватеров на крутой волне лимана очень трудно. Сам Невельской, осуществляя общее руководство и координацию действий своих сподвижников, все лето занимался исследованиями северной части лимана.
Осенью 1852 года Бошняк совершил поход по Амгуни до ее истоков, откуда перешел на истоки реки Горин и через озера Самагирское (теперь Эворон) и Чукчагирское по Амгуни же возвратился в Николаевский пост. Таким образом Бошняк и ранее него Чихачев стали одними из первых русских людей, не только побывавших на Амуре в том месте, где он соприкасается с современной трассой БАМа, но и исследовавших эти места. В это же время Разградский с Березиным вышли вверх по Амуру до Кизи, а далее один Разградский до реки Хунгари (Гур). Он проходил место современного Комсомольска-на-Амуре.
По возвращении офицеры получили новые задания: Петров отправился в Приамгунский край, он, кроме того, должен был выяснить возможности сообщения Амура с южной частью лимана через горы; Разградский с Березиным вышли по Амуру к Де-Кастри — приготовить там все необходимое для основания поста и для организации похода на юг вдоль Татарского материкового берега.
Выполнение последней миссии легло на плечи Бошняка. Он основал в заливе Нангмар Александровский пост, поднял там русский военно-морской флаг. Отсюда на нивхской лодке в сопровождении казаков Семена Парфентьева, Кира Белохвостова и амгинского крестьянина якута Ивана Мосеева Бошняк отправился на юг. После трудного и длительного плавания, нанеся на карту пройденную береговую черту, 23 мая 1853 года (ст. ст.) исследователь открыл на побережье Татарского пролива залив Хаджи, названный им заливом императора Николая I (или Императорской гаванью, теперь — Советская Гавань).
В ответ на свои неоднократные представления о необходимости официально оформить принадлежность острова Сахалина к России Невельской весной 1853 года получил предписание Н. Н. Муравьева, санкционированное императором. Невельскому предписывалось основать уже в этом же году два или три поста на восточном или западном берегу Сахалина, «но сколь возможно южнее, ибо северная часть сего острова и все прибрежье лимана находится уже под наблюдением Амурской экспедиции и не требует поспешнейших мероприятий в этом отношении».
Предписание правительства было выполнено. Вслед за выставленными уже Мариинским (озеро Кизи) и Александровским (в заливе Чихачева) постами в заливе Анива на юге Сахалина был основан в сентябре 1853 года Муравьевский пост во главе с Н. В. Буссе и его заместителем Николаем Васильевичем Рудановским. Затем на западном берегу Сахалина вблизи Кусунная был выставлен Ильинский пост, а в Императорской гавани — Константиновский пост во главе с Н. К. Бошняком, послуживший началом начал Советской Гавани. Он был расположен в бухте Постовой, откуда рукой подать до станции Совгавань-Сортировочная и до порта Ванино.
Зимой 1853/54 года на южном Сахалине развернулась исключительно плодотворная исследовательская деятельность опытного гидрографа Н. В. Рудановского. Ученый подробно описал южный Сахалин, впервые на острове организовал метеорологические наблюдения, произвел первую перепись населения южного Сахалина и сделал научное сообщение о коренных жителях Курильских островов, южной части Сахалина и острова Хоккайдо — айнах. По его наблюдениям была составлена первая точная карта южного и среднего Сахалина.
В эту же зиму в Императорской гавани разыгралась трагедия. Из-за чрезмерного скопления людей в неприспособленном для зимовки месте — в гавани, кроме команды Константиновского поста, зимовали еще экипажи транспортов «Иртыш» и «Николай I» — умерло от цинги более трети зимовщиков — 29 человек. Об этом печальном событии напоминает памятник-часовня, установленная на месте бывшего Константиновского поста в бухте Постовой.