По своим качествам, прежде всего по быстроходности, «Восток» и «Мирный» были двумя разнотипными кораблями, что не могло не сказаться на ходе экспедиции. Беллинсгаузен писал по этому поводу в своей книге: «Каждый морской офицер видел, какое должно быть неравенство [«Мирного»] в ходу с «Востоком», следовательно, какое будет затруднение оставаться им в соединении и какая от сего долженствовала произойти медленность в плавании». А затем он неоднократно подчеркивал исключительное мастерство М. П. Лазарева в управлении кораблем, что позволяло тихоходному «Мирному» все время следовать совместно с гораздо более быстрым «Востоком».
4 июля 1819 г. корабли покинули Кронштадт. Через десять дней «Восток» и «Мирный» зашли в Копенгаген, 29 июля – в Портсмут, где простояли без малого месяц. Здесь были получены секстаны, хронометры и другие приборы и инструменты, которые тогда не изготовлялись в России, пополнен запас провизии. 26 августа Беллинсгаузен и Лазарев вышли из Портсмута, 15 сентября прибыли на Канарские острова и, после непродолжительной стоянки, пересекли Атлантический океан с востока на запад и прибыли в Рио-де-Жанейро.
Из Рио «Восток» и «Мирный» 22 ноября направились прямо на юг. Согласно инструкции военного министра, исследовательские работы экспедиция должна была начать с острова Южная Георгия и Земли Сандвича, размеры и контуры которых были еще не окончательно определены.
15 декабря показались вершины острова Южная Георгия, через неделю, на пути к Земле Сандвича, было сделано первое значительное географическое открытие – группа островов, которую Беллинсгаузен назвал в честь морского министра де Траверсе. 29 декабря, подойдя к Земле Сандвича, русские моряки установили, что ее «мысы», как считал Джеймс Кук, на самом деле являются отдельными островами. Беллинсгаузен проявил определенный такт и не стал переименовывать ни вновь открытые острова, ни весь архипелаг: «Капитан Кук первый увидел сии берега, и потому имена, им данные, должны оставаться неизгладимы, дабы память о столь смелом мореплавателе могла достигнуть до позднейших потомков. По сей причине я называю сии острова Южными Сандвичевыми островами».
4 января 1820 г. экспедиция Беллинсгаузена и Лазарева продвинулась на полградуса южнее, чем Кук. Было ясно, что большой материк где-то рядом, однако обнаружить его не удавалось. 15 января «Восток» и «Мирный» впервые пересекли Южный полярный круг, на следующий день достигли точки 69°25' южной широты и 2°10' западной долготы. Корабли находились всего в 20 милях от Антарктиды, моряки, несмотря на плохую видимость, могли разглядеть очертания берега.
Сейчас эта дата – 16 (28) января 1820 г. – считается днем открытия Антарктиды. Однако своего рода щепетильность в вопросах открытия не позволила Беллинсгаузену и Лазареву утверждать это на все сто процентов. 21 января моряки снова видели берег, а 5 и 6 февраля суда подошли почти вплотную к береговым обрывам ледового материка.
Наступившая южная зима и осложнившаяся ледовая обстановка вынудили руководителей экспедиции прервать исследования. «Восток» и «Мирный» взяли курс на север – затем на восток, направляясь в Порт-Джексон. Чтобы исследовать более широкую полосу Индийского океана, суда разделились: «Мирный» пошел в Порт-Джексон более северным курсом.
7 мая оба судна снялись с якоря и через пролив Кука направились к островам Таити. В июне к востоку от Таити русские моряки открыли группу островов, которую Беллинсгаузен назвал Островами Россиян (впоследствии, после более детального их изучения, были установлены местные названия, которые сейчас используются в качестве основных). В конце июля Беллинсгаузен и Лазарев снова взяли курс на Порт-Джексон – 9 сентября 1820 г. туда пришел «Восток», на следующий день в гостеприимной бухте бросил якорь «Мирный».
Плавание в экстремальных условиях не прошло бесследно, корабли были изрядно потрепаны. Поэтому их капитаны уделили особо тщательное внимание ремонту, и стоянка в Порт-Джексоне растянулась почти на два месяца. 31 октября экспедиция покинула берега Австралии, а с конца ноября возобновила «покушения» на антарктический берег. 9 января 1821 г. был обнаружен остров Петра I. 16-го числа члены экспедиции увидели гористый берег, частично не покрытый льдом. «Я называю обретение сие берегом потому, что отдаленность другого конца к югу исчезала за предел зрения нашего», – записал Ф. Ф. Беллинсгаузен в своем дневнике. Он назвал берег Землей Александра I (только в 1940-х гг. было выяснено, что это остров – крупнейший в Антарктике – «скрепленный» с материком шельфовыми льдами).