Девизом его жизни отныне становятся море и наука. Карьера строевого флотского офицера его явно не увлекала. Но чтобы стать ученым мореходом, нужно было многое изучить, в совершенстве овладеть математикой, астрономией, черчением и языками; то, что было приобретено в корпусе, оказалось явно недостаточным. С Врангелем жил на одной квартире товарищ по корпусу и его друг мичман Анжу, впоследствии его сотоварищ в путешествии к берегам Ледовитого океана. Врангель заразил Анжу своими настроениями и интересами. Оба, как бы предчувствуя будущую совместную работу на дальнем севере, подготовляли себя к ней и теоретически, и практически.
В 1816 году обоих друзей назначили на фрегат «Автроил», плававший по Финскому заливу. Плавание в небольшом, мало интересном заливе, где никакие опасности не стерегут мореплавателей, вскоре сильно надоело обоим.
Во время очередной стоянки на ревельском рейде Врангель неожиданно узнал, что из Кронштадта в скором времени отправляется в кругосветное плавание русский военный шлюп «Камчатка», под командой В. М. Головнина. Весть эта подействовала на Врангеля ошеломляюще. А что если его мечтам предстоит осуществиться? Но что предпринять для этого? Будучи строевым офицером, он никак не мог покинуть корабль хотя бы для того, чтобы отправиться в Кронштадт и похлопотать там о переводе на «Камчатку». Хлопоты главного командира ревельского порта, который знал мичмана Врангеля и ему покровительствовал, оказались неудачными. Капитан Головнин ответил, что в продолжительное и ответственное плавание он берет только офицеров, лично ему известных. Тем временем на «Автроиле» был получен приказ идти в Свеаборг, чтоб стать там на зимовку.
Что же делать? Положение становилось критическим. Врангель отчаивался, не зная, что предпринять. Тогда он и совершил проступок, который впоследствии иногда ставился ему в укор: за час до отплытия «Автроила» мичман подал рапорт о болезни и… бесследно исчез. Разгневанный адмирал приказал во что бы то ни стало разыскать Врангеля и доставить его на корабль. Но беглец не находился. Он плыл в это время на небольшом финском каботажном судне, с 15 рублями в кармане, в Петербург. Попав в шторм, утлое суденышко десять дней добиралось до столицы. Вот Петербург. Врангель тотчас же отправился на квартиру к Головнину. Он умолял взять его в плавание простым матросом. По-видимому, Врангель произвел на опытного моряка хорошее впечатление. После некоторого колебания Головнин дал ему согласие зачислить в экипаж «Камчатки» младшим вахтенным офицером.
Каким образом удалось уладить неприятное дело с самовольной отлучкой офицера с военного корабля, остается невыясненным.
В августе 1817 года шлюп «Камчатка», приветствуемый пушечным салютом с фортов Кронштадта, отправился в кругосветное плавание. На борту шлюпа были лейтенанты Муравьев, Филатов и Кутыгин, мичманы Литке и Врангель, волонтер (исправляющий должности сначала гардемарина, а потом мичмана) Матюшкин – товарищ А. С. Пушкина по лицею, художник Тихонов.
Шлюп «Камчатка», построенный в Петербурге специально для этого плавания, имел грузоподъемность в 900 тонн при длине 39,6 метра и ширине – 10 метров. Вооружение его состояло из 28 орудий. Экипаж насчитывал 130 человек.
Предстоящему плаванию «Камчатки» придавалось немалое значение.
Экспедиции В. М. Головнина было поручено доставить на Камчатку разное морское и военное снаряжение и прочие необходимые для области и Охотского моря предметы и припасы, которые трудно было из-за дальности расстояния перевезти туда сухим путем; кроме того, самому Головнину предписывалось обследовать на северо-западном американском берегу владения Российско-Американской компании, произвести расследование незаконных действий администрации в отношении местных жителей, а также определить географическое положение ряда островов и селений русских владений в Америке.