В задачу плавания 1913 года входило продолжение описи побережья к западу от устья Лены, а также восточных и северных берегов Таймыра. Сквозной маршрут до Архангельска был предположителен в случае удачи. Но в начале долгожданного похода опасно заболел начальник экспедиции генерал-майор И. С. Сергеев. Пришлось еще неделю простоять у селения Ново-Мариинск, в Анадырском заливе, где имелся беспроволочный телеграф, чтобы сообщить в Петербург о случившемся. В командование экспедицией вступил командир «Таймыра» капитан 2-го ранга Борис Андреевич Вилькицкий, 28-летний, блестяще образованный морской офицер, человек решительный и инициативный, в немалой степени способствовавший дальнейшим успехам ГЭСЛО.
Пройдя Берингов пролив, «Вайгач» лег курсом севернее, а «Таймыр» повернул на запад, следуя с промерами вдоль материкового берега.
Поначалу ледовая обстановка благоприятствовала экспедиции, и суда продвигались уверенно. Было необычно тихо, приветливо светило солнце, и только всплывавшие то там, то здесь моржи разрушали иллюзию теплого моря. Но на подходе к проливу Лонга погода резко испортилась: свежий северо-западный ветер развел большую волну. С каждой милей льда становилось все больше, а полосы тумана начали сменяться мокрым снегом. До самой Чаунской губы «Таймыр» шел уже в сплошном льду. 15 августа он наконец вышел на видимость острова Четырехстолбового. Здесь его поджидал прибывший несколько ранее «Вайгач», которому из-за тяжелой ледовой обстановки так и не удалось на этот раз достичь острова Врангеля...
В отличие от сурового Чукотского Восточно-Сибирское море встретило исследователей ласково. Производя по пути гидрологический разрез и траление, «Таймыр» уверенно поднимался к северу. Но при попытке обогнуть Новосибирские острова он неожиданно вышел на мелководье, с которого выбрался с трудом. А когда туман рассеялся, левее курса был усмотрен остров. Его открытие явилось полной неожиданностью. «В ночь на 20 августа,— вспоминал впоследствии один из участников экспедиции, доктор медицины Леонид Михайлович Старокадомский,— вахтенным начальником на «Таймыре» был лейтенант А. Н. Жохов. В 5-м часу утра он заметил впереди и несколько левее курса небольшой высокий и обрывистый остров и немедленно сообщил об этом начальнику экспедиции. Не прошло и трех минут, как весь экипаж был на ногах. Из кают и кубрика, одеваясь на ходу, выскакивали на палубу офицеры и матросы, чтобы собственными глазами убедиться в существовании обнаруженного Жоховым острова».
«Таймыр» взял курс прямо на обрывистую островную сушу. Взору путешественников открылась картина первозданного арктического мира: на каменистой вершине стоял огромный белый медведь, безбоязненно разглядывая гостей. Моржи плавали вокруг корабля. Неугомонные чайки, как всегда неистово крича, носились над островом. Чуть поодаль, на береговой песчаной отмели, спал еще один белый медведь...
Тотчас на берег была снаряжена охотничья партия, чтобы добыть для экипажа свежее мясо,— в нее вошел и Алексей Жохов, страстный охотник. После обеда отрядили вторую экспедицию. Б. А. Вилькицкий вспоминал: «Достигнув вершины острова, старший офицер «Таймыра» старший лейтенант Нилендер водрузил национальный флаг, частью врыв его в скалу, частью завалив камнями. В прорезь мачты была вложена записка о дне открытия и присоединении острова к владениям России». В последующем новооткрытый остров назвали именем А. И. Вилькицкого — отца начальника экспедиции: он немало поработал в Арктике, а затем много лет возглавлял Главное гидрографическое управление.
1 сентября вдали показался мыс Челюскин. Но на пути к нему и на этот раз лежали тяжелые льды. Решено было подняться вдоль кромки льдов, с тем, чтобы, обогнув их с севера, попытаться спуститься снова к таймырскому побережью. На следующий день был открыт небольшой песчаный остров, известный сегодня под названием Малый Таймыр. Но на этом пути моряков ждало еще одно открытие...
Севернее новоусмотренного острова глубины стали заметно возрастать, но кромка припая по-прежнему уходила куда-то на северо-запад. Всюду же мористее виднелся многолетний дрейфующий лед. Свежим зюйд-вестом плавающие льдины отжимало от сплошного заснеженного поля, и суда медленно продвигались вперед. Но далее по курсу, к удивлению моряков, вдруг стали попадаться айсберги. Высота их над водой достигала пяти-шести саженей, односторонний вертикальный излом свидетельствовал об их глетчерном происхождении. Неужели ледниковые обломки принесло сюда со Шпицбергена или Земли Франца-Иосифа? Однако загадка появления айсбергов вскоре прояснилась: на утреннем светлеющем горизонте из-за поднявшихся темных туч стали вырисовываться высокие заснеженные горы. Земля!