В походе Атласова могли участвовать оставленные Лукой на Камчатке казаки и толмач Никита Ворыпаев, а не он сам.
Атласов с основным отрядом возвратился на побережье Охотского моря и прошел вдоль западного берега Камчатки. Но в это время часть юкагиров отряда восстала: «На Палане реке великому государю изменили, и за ним Володимером (Атласовым) пришли и обошли со всех сторон, и почали из луков стрелять и 3 человек казаков убили, и его Володимера во шти (шести) местех ранили, и служилых и промышленных людей 15 человек переранили». Атласов с казаками, выбрав удобное место, «сел в осад». Он послал верного юкагира известить посланный на юг отряд о случившемся. «И те служилые люди к нам пришли и из осады выручили», — сообщал он впоследствии.
Далее отряд двинулся вверх по реке Тигиль до Срединного хребта, переправился через него и в июне — июле 1697 года вышел к устью реки Кануч (Чаныч), впадающей в реку Камчатку. Там был водружен крест с надписью: «В 205 году (1697 году) июля 18 дня поставил сей крест пятидесятник Володимер Атласов с товарыщи», сохранившийся до прихода в эти места через 40 лет С. П. Крашенинникова.
Оставив здесь своих оленей, Атласов со служивыми и с ясачными юкагирами и камчадалами «сели в струги и поплыли по Камчатке реке на низ, и плыли три дни», объясачивая местных камчадалов. Послав разведчика к устью реки Камчатки, Атласов убедился в том, что долина реки была сравнительно густо заселена — на участке длиной около 150 километров находилось до 160 камчадальских селений, в каждом из которых проживало до 200 человек.
По побережью Охотского моря Атласов добрался до реки Ичи и продвинулся еще далее к югу. Ученые полагают, что Атласов доходил до реки Нынгучу, переименованной в реку Голыгину в память о потерявшемся там казаке; устье реки Голыгиной — на 52° северной широты, рядом с устьем реки Опалы. До южной оконечности Камчатки оставалось всего около 100 километров. На Опале жили камчадалы, а на рекеГолыгиной русские встретили первых «курильских мужиков — шесть острогов, а людей в них многое число». Курилы, жившие на юге Камчатки, — это айны, обитатели Курильских островов, смешавшиеся с камчадалами. Так что именно реку Голыгину имел в виду сам Атласов, сообщая: «против первой Курильской реки на море видел как бы острова есть».
С реки Голыгиной Атласов мог видеть остров Алаид; теперь это остров Атласова, на нем — вулкан Алаид, самый высокий на Курильских островах (2 330 метров).
Вернувшись на реку Ичу и поставив там зимовье, начальник отправил на реку Камчатку, в заложенный там, в верховьях, Верхнекамчатский острог, отряд из 15 служилых людей и 13 юкагиров во главе с казаком Потапом Сердюковым. Им предстояло провести в этом остроге три года.
Оставшиеся с Атласовым «подали ему за своими руками челобитную, чтоб им с той Иги реки итти в Анадырский острог, потому что у них пороху и свинцу нет, служить не с чем». И 2 июля 1699 года отряд Атласова возвратился на Анадырь, а поздней весной 1700 года он добрался с ясаком до Якутска.
Любопытно, что среди мехов, собранных Атласовым, было и 10 шкур каланов (морских бобров), до того не известных русским. По снятии с него допросов-«скасок» Атласов выехал в Москву. В Тобольске со «скасками» Атласова познакомился сын боярский, известный сибирский картограф Семен Ульянович Ремезов. Историки считают, что картограф встречался с Атласовым и с его помощью составил один из первых детальных чертежей полуострова Камчатка.
В феврале 1701 года в Москве Атласов представил в Сибирский приказ свои «скаски», которые содержали первые сведения о рельефе и климате Камчатки, о ее флоре и фауне, о морях, омывающих полуостров, и их ледовом режиме и, естественно, массу сведений о коренных жителях полуострова. Именно Атласов сообщил некоторые сведения о Курильских островах и Японии, собранные им у курилов, жителей южной части полуострова.
Атласов описал местных жителей, с которыми встречался во время похода по полуострову:
«А на Пенжине живут коряки пустобородые (то есть безбородые), лицом русоковаты, ростом средние, говорят своим особым языком, а веры никакой нет, а есть у них их же братья — шеманы (то есть шаманы): вышеманят о чем им надобно, бьют в бубны и кричат.
Одежду и обувь носят оленью, а подошвы нерпичьи. А едят рыбу, и всякого зверя, и нерпу. А юрты у них оленьи и ровдушные (замшевые, выделываемые из оленьих шкур).
А за теми коряками живут иноземцы люторцы, а язык и во всем подобие коряцкое, а юрты у них земляные, подобные остяцким юртам (остяками называли ранее хантов).
А за теми люторцы живут по рекам камчадалы возрастом (то есть ростом) невелики, с бородами средними, лицом походят на зырян (коми). Одежду носят соболью, и лисью, и оленью, а пушат то платье собаками. А юрты у них зимние земляные, а летние на столбах, вышиною от земли сажени по три (примерно 6,4 метра), намощено досками и покрыто еловым корьем, а ходят в те юрты по лестницам. И юрты от юрт поблиску, а в одном месте юрт ста по 2, и по 3, и по 4.
А питаются рыбою и зверем, а едят рыбу сырую, мерзлую, а в зиму рыбу запасают сырую: кладут в ямы и засыпают землею, а та рыба изноет (сгниет), и тое рыбу, вынимая, кладут в колоды и воду нагревают, и ту рыбу с тою водою размешивают и пьют, а от тое рыбы исходит смрадный дух, что русскому человеку по нужде терпеть мочно. А посуду деревянную и глиненые горшки делают те камчадальцы сами, а иная посуда у них есть левкашенная и олифляная, а сказывают оне, что идет к ним с острова, а под каким государством тот остров, того не ведают».
Академик Л. С. Берг полагал, что речь шла, «очевидно, о японской лаковой посуде, которая из Японии попадала сначала к дальним курильцам, потом к ближним, а эти привозили ее в Южную Камчатку».
Атласов сообщил о наличии у камчадалов больших байдар длиной до шести сажен (около 13 метров) и шириной полторы сажени (3,2 метра), вмещавших по 20–40 человек. Отметил он особенности их родового строя, специфику хозяйственной деятельности: «Державства великого над собою не имеют, только кто у них в котором роду богатее, того больше и почитают. И род на род войною ходят и дерутся… а жен имеют всяк по своей мочи — по одной, и по 2, и по 3, и по 4. <.> А скота никакова у них нет, только одни собаки, величиною против здешних (то есть одинаковы со здешними, в Якутске), только мохнаты гораздо, шерсть на них длиною в четверть аршина (около 18 сантиметров). <…> А соболей промышляют кулемами (особыми ловушками) у рек, где рыбы бывает много, а иных соболей на деревье стреляют».
Вот как Атласов оценивал возможность организации хлебопашества в регионе, перспективы торгового обмена с камчадалами и боевые способности местных жителей:
«А в Камчадальской и в Курильской земле хлеб пахать мочно, потому что места теплые и земли черные и мягкие, только скота нет и пахать не на чем, а иноземцы ничего сеять не знают. <.> А товары к ним надобны: адекуй лазоревый (голубой бисер), железо, ножи, и топоры, и пальмы (широкие железные ножи), потому что у них железо не родится. А у них против того брать соболи, лисицы, бобры большие (видимо, морские бобры), выдры… Огненного ружья гораздо боятся и называют русских людей огненными людьми. и против огненного ружья стоять не могут, бегут назад. И на бои выходят зимою камчадальцы на лыжах, а коряки оленные на нартах: один правит, а другой из лука стреляет. А летом на бои выходят пешком, наги, а иные и в одежде. А ружья у них — луки усовые китовые, стрелы каменные и костяные, а железа у них не родится».