Жители вспомнили Орлова и приняли его так же приветливо, как и в первый раз, но он почувствовал в них настороженность. Гиляки были обеспокоены появлением судна, которое делало промеры у сахалинского берега. Ничего хорошего от приходящих судов они не ожидали. У них имелся печальный опыт общения с командами китобоев, которые вели себя на берегу как грабители, насильники и убийцы. Судя по описанию, судно, о котором спрашивали гиляки, был транспорт «Байкал», но Орлов заверил их, что это были неизвестные, от которых он пообещал им защиту. Привезённые им товары окончательно подняли настроение аборигенов, и они выделили ему проводника в залив Счастья.
На утлой туземной лодке Орлов обследовал берега от залива Счастья до устья Амура и в самой реке. Сделал промеры в Амуре и в канале, соединяющем его с Охотским морем, произвёл опись, выбрал пригодные для основания поселений места. Везде он налаживал контакты с местными жителями.
21 июля Орлов вернулся в залив Счастья, где дождался Невельского, который прибыл туда на транспорте «Байкал» 17 июня 1850 года. Орлов сумел в ужасающих условиях подготовить карту лимана Амура, по которой можно было плавать по Северному фарватеру в Охотское море. Невельской получил бесценный материал для реализации своих планов. В тот момент он испытывал к нему глубокую благодарность. В письме к Корсакову Геннадий Иванович совершенно искренно писал тогда: «Орлов неоценимый человек, прошу, умоляю Николая Николаевича дать ему пенсион, правда, десяти пенсионов стоит. По его милости гиляки так к нам ласковы и просят защиты». К сожалению, потом Невельской изменил своё отношение. Слишком много знал Дмитрий Иванович того, что лучше бы ему не знать.
В столичных правительственных кругах доклад Невельского встретили с недоверием и довольно холодно. Правительство, да и сам Николай I не горели желанием расширять на востоке империю. Чего-чего, а земель в России хватало, дай бог освоить, что имели. Кроме головной боли, эти приобретения ничего не давали. Понадобились энергия Муравьёва и его убедительные доводы о необходимости Амура для России и выгодах, которые это приобретение несёт. Снабжение Камчатки и колоний было крайне затруднённым. Средств на отправку судов из Кронштадта хватало лишь на редкие рейсы на другой конец света. А на лошадях, оленях и собачьих упряжках много не привезёшь. Например, корабельные канаты приходилось рубить на куски, чтобы доставить их по суше. Посмотришь на карту — вроде единая территория, а фактически Камчатка была как заморская колония. Впрочем, и в наше время её жители называют остальную территорию страны «материком».
Доводы Муравьёва возымели действие. Согласились на то, чтобы под видом торговли Российско-американской компании с гиляками основать на побережье Охотского моря, но ни в коем случае не на Амуре, зимовье секретной Амурской экспедиции. Начальником её назначили Невельского, повысив в звании до капитана 2‑го, а затем, в соответствии с правилами прохождения службы на Камчатке, и 1‑го ранга.
Экспедиция должна была скрытно проводить обследование и опись территорий, прилегающих к реке. При этом всё так засекретили, что запутали руководителей Российско-американской компании на местах, искренно считавших Амурскую экспедицию подразделением компании.
Орлова назначили в подчинение к Невельскому, не предупредив об этом его непосредственных начальников в Российско-американской компании, в результате чего неоднократно возникали недоразумения, из-за которых Невельской выходил из себя.