С этой мыслью Невельской осенью 1848 года покидает Петербург и уходит на транспорте «Байкал» в далекое плавание к берегам Камчатки.
Вдали от столицы, пренебрегая всеми запрещениями высокопоставленных чиновников, в том числе и высочайшим запретом, он совершает на том же транспорте «Байкал» поход из Камчатки к устью Амура, изыскивает фарватер, свободно входит в широчайший лиман и обнаруживает пролив, отделяющий Сахалин от материковой земли, пролив, доступный для прохождения любых океанских кораблей.
В устье Амура и на Сахалине Невельской основывает военные посты, завязывает дружеские отношения с местными племенами и объявляет им о принадлежности этого края России.
Невельской посылает лейтенанта Бошняка исследовать западный берег Сахалина, где, по рассказам местных жителей, имеются богатые залежи каменного угля. «...Мне было приказано, — писал в своих воспоминаниях Бошняк, — отправясь на одной нарте, исследовать оказавшееся на Сахалине, по сведениям от гиляков, значительное довольно протяжение каменноугольного пространства и, пересекши остров, выйти на берег Охотского моря, где, как говорили, находится прекрасная гавань. Для этого мне было дано: нарта собак, дней на 35 сухарей, чаю да сахару, маленький ручной компас, а главное — крест капитана Невельского и ободрение, что если есть сухарь, чтобы утолить голод, и кружка воды напиться, то с божьей помощью дело делать еще возможно. Вот все, что действительно мог только дать мне капитан Невельской».
Во время своего путешествия Бошняк находит и описывает новые гавани. Богатые залежи угля были им действительно найдены в Мгаче, Дуэ и в других местах.
Перевалив через Камышовый хребет, Бошняк выходит в долину Тыми, где узнает от нивхов о русских матросах, занимавшихся здесь хлебопашеством. Нивхи передали Бошняку молитвенник, на котором сохранилась надпись: «Мы, Иван, Данила, Петр, Сергей и Василий, высажены в Анивском селении Хвостовым 17 августа 1805 года».
Трудный путь совершил Бошняк. Скудные запасы продовольствия быстро иссякли, и если бы не гостеприимные нивхи, то вряд ли ему удалось бы выполнить приказ Невельского.
Вернулся лейтенант Бошняк весной 1852 года голодный, оборванный, с ссадинами на руках и ногах, но бодрый и счастливый, что исполнил долг. Невельской обнял офицера, прижал к груди, крепко поцеловал. Он не ошибся в своем молодом, двадцатилетнем помощнике.
Вскоре был послан обследовать западный берег острова лейтенант Орлов. А немного позднее сам Невельской на корабле «Император Николай» обошел вокруг всего Сахалина, сделав стоянку напротив туземного селения Тамари-Анива, где высадил небольшой десант.
Здесь Невельской впервые встретил японцев, которые приплыли на легких парусниках ловить рыбу. Невельской заявил им:
— Наши русские пришли на Сахалин, когда на нем не было ни одного японца, а потому остров принадлежит России. А вы гости наши на острове Сахалине и соседи наши, с которыми желаем иметь постоянную дружбу.
После этих слов Невельской приказал поднять русский флаг и выставил возле него караул.
Так славными делами Геннадия Ивановича Невельского увенчались успехом чаяния русских людей выйти через Амур в Великий или Тихий океан.
Невельской отлично понимал, что французы и англичане снаряжали экспедиции к Сахалину и в устье Амура не «со скромной целью», а для того, чтобы «в случае благоприятных условий плавания в этих морях, водворить там свое владычество».
Нелегко досталась победа Невельскому и его спутникам. В Петербурге мало кто интересовался, в каких условиях проходило исследование далекого края. В устье Амура погибла от голода любимая дочь Невельского. Жена его, Екатерина Ивановна, лишилась здоровья, но никогда не роптала, не жаловалась на судьбу, мужественно перенося все тяготы в далеком суровом крае.
В характере этой замечательной русской женщины, по словам сподвижников Невельского, были черты отважных жен декабристов, которые последовали за своими мужьями в далекую Сибирь, не считаясь ни с какими невзгодами. В записках лейтенанта Николая Бошняка можно прочесть:
«На транспорте «Байкал» мы все вместе перешли в Аян и там пересели на слабый барк «Шелехов». Когда барк стал тонуть, никто не мог уговорить г-жу Невельскую первою съехать на берег. «Командиры и офицеры съезжают последними, — говорила она, — и я съеду тогда, когда ни одной женщины и ребенка не останется на судне». Так она и поступила. Между тем барк уже лежал на боку...»
В одном из своих писем с низовья Амура в Петербург Г. И. Невельской писал: «Мы были забыты и оставлены на жертву случайности и голодной смерти. Но убеждение, что действия наши клонятся к благу отечества, единственно поддерживали в нас крепость духа, энергию и отвагу...»