«Персей» с 7 сентября стоял в губе Белушьей на якоре. Наступила полярная осень со штормами, дождями, мокрым снегом. Днем участники экспедиции ездили на шлюпках на берег за пресной водой и за плавником для камбуза и камельков в каютах. Зубов участвовал в съемке берегов бухты и в промерах глубин с вельбота. Гидробиологи собирали биологические коллекции на берегу бухты. Долгими темными вечерами путешественники при свете керосиновых ламп обрабатывали материалы, а иногда вели рассказы о прожитых днях. В составе экспедиции были бывалые люди, и им было что рассказать молодым коллегам. Начальник экспедиции Иван Илларионович Месяцев вспоминал о революционной деятельности студентов в 1905 году и о работе на Мурманской биологической станции еще до Октябрьской революции.
Николай Николаевич Зубов делился воспоминаниями об участии в плавании эскадры русских военных кораблей в 1904 году из Балтийского моря на Дальний Восток, о Цусимском бое, о боях с немецким флотом в первую мировую войну.
В начале октября в губу Белушью зашло гидрографическое судно «Мурман». На нем находился отряд Северной гидрографической экспедиции, построившей полярную станцию Маточкин Шар. Командованию «Мурмана» было дано распоряжение на обратном пути попытаться выяснить, где находится «Персей». Встреча двух судов состоялась, но угля на «Мурмане» было в обрез, чтобы только дойти до Архангельска. Поэтому «Персей» снова остался ждать доставки угля. На борт «Мурмана» перешла основная часть научного персонала, и в том числе Н. Н. Зубов.
Руководитель Северной гидрографической экспедиции Н. Н. Матусевич, находившийся на борту «Мурмана», был старым знакомым Зубова со времен юности. Матусевич, так же как и Зубов, принимал участие в Цусимском сражении в звании мичмана.
Только 17 октября в губу Белушью пришел пароход «Сосновец», который снабдил «Персей» углем. 23 октября 1923 года «Персей» благополучно вернулся в Архангельск.
За время похода был выполнен большой объем гидрометеорологических, гидробиологических и геологических исследований. Участие в комплексных океанографических исследованиях было очень полезным для Зубова. Вместе с тем все его соратники по этому рейсу говорят о нем как об авторитетном исследователе и опытном воспитателе молодежи. Так, известный океанограф Всеволод Аполлинарьевич Васнецов в своих воспоминаниях «Под звездным флагом „Персея“» пишет:
«…мне очень повезло в жизни! Моим первым морским воспитателем, научившим меня крепко стоять на ногах, был строгий и требовательный Николай Николаевич Зубов. Ему я обязан тем, что стал гидрологом. В первом же совместном плавании он старался передать мне свой опыт исследовательской работы и воспитать настоящего морского гидролога».
На несколько лет Н. Н. Зубов связал свою судьбу с Плавморноном. Здесь он заведовал гидрологическим отделом и вновь плавал на «Персее» в Баренцевом море в двух летних рейсах 1928 года. В 1926–1928 годах Зубов публикует в «Записках по гидрографии» ряд статей по методике океанографических исследований.
Первым его крупным научным трудом был отчет «Гидрологические работы Морского научного института в юго-западной части Баренцева моря на э/с „Персей“ в 1928 году». Кроме основных результатов в изучении гидрологии Баренцева моря Н. Н. Зубов излагает в этом же труде теоретические положения, многие из которых впоследствии были развиты им и учениками в стройные теории, явившиеся основой океанологии. И хотя эта работа вышла в свет в 1932 году, ее окончание автор датировал февралем 1929 года.
Особого внимания заслуживают в ней два метода расчетов, разработанные Н. Н. Зубовым. Первый — метод вычисления течений на разрезах по удельным объемам морской воды, получивший впоследствии название «динамический метод Зубова». Изучив теорию норвежского ученого Бьеркнеса (изложенную еще в 1903 году), который рассматривал неоднородность распределения плотности в море как причину течений, Зубов доказал обратное — распределение плотности является следствием установившихся течений. Этот метод и посейчас остается основным при вычислении морских течений. Второй — конкретный метод расчета вертикального перемешивания в море вследствие зимнего охлаждения. На основе этого метода позднее были созданы математические модели прогноза осеннего льдообразования и нарастания льда в море.
На борту «Персея» с первых его рейсов плавали молодые ученые и студенты разных специальностей. Это обеспечивало комплексность исследований моря и одновременно способствовало разносторонней подготовке специалистов-мореведов широкого профиля, высокой квалификации и большой культуры. Значительно позже, в 1954 году, Н. Н. Зубов писал по этому поводу:
«Значение работ „Персея“… заключается и в том, что в плаваниях обычно принимали участие физики, химики, биологи, геологи, метеорологи.
В совместной работе отдельные ученые знакомились с достижениями родственных отраслей науки, обменивались опытом, обсуждали общие проблемы. Таким образом, „Персей“ всегда был своеобразным морским университетом, особенно для плававших на нем студентов разных высших учебных заведений и разных специальностей.
Неудивительно поэтому, что большинство ведущих советских исследователей моря некогда плавало на „Персее“».
Плавморнин в 1929 году был реорганизован в Государственный океанографический институт — ГОИН. Это был так называемый первый ГОИН[В 1933 году на базе ГОИНа и Института рыбного хозяйства был создан Всесоюзный научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии — ВНИРО. Новый ГОИН, или второй ГОИН, был создан в 1943 году.]. К 1930 году под руководством Зубова в Государственном океанографическом институте было закончено составление навигационных карт Баренцева и Карского морей на основе всех существующих данных промеров глубин. Но данных по северным частям этих морей было очень мало, а местами данные о глубинах вообще отсутствовали. Рельеф дна на картах изображался весьма схематично. Зубов еще тогда подчеркивал, что знание рельефа дна морей необходимо не только в навигационных целях, но и для понимания динамики водных масс, с характеристиками которых связаны места лова рыбы. В последующих экспедициях, которыми руководил Зубов, или при обсуждении программ и планов других экспедиций он всегда уделял большое внимание измерениям глубин по маршрутам следования судов.
В 1930 году Н. Н. Зубова пригласили читать лекции в только что созданный Московский гидрометеорологический институт, МГМИ, как его называли сокращенно. За год до этого, в августе 1929 года, для объединения разрозненных метеорологических, гидрологических и гидрометеорологических служб разных ведомств странны Постановлением ЦИК и СНК СССР был учрежден Гидрометеорологический комитет при Совете Народных Комиссаров Союза ССР.
Этим было положено начало созданию централизованной общегосударственной системы Гидрометслужбы Советского Союза. Наряду с укреплением существующих и созданием новых учреждений, предназначенных для гидрометеорологического обслуживания народного хозяйства в союзных республиках, областях и округах, были созданы учебные заведения — Московский, Ростовский, Владивостокский гидрометеорологические техникумы для подготовки квалифицированных наблюдателей на гидрометеорологических станциях и Гидрометеорологический институт в Москве для подготовки специалистов высшей квалификации — инженеров метеорологов, гидрологов, океанологов и агрометеорологов.