25 октября 1785 года экспедиция выступила из Петербурга, а 27 марта 1786 года капитан Сарычев первым прибыл в Охотск. Биллингс и другие спутники нагнали его лишь в июле, после чего, оставив в Охотске капитана Галла наблюдать за постройкой судов, экспедиция отправилась к Колыме. Из устья они пытались пройти мимо Шелагского и Чукотского мысов, но безуспешно, достижение заветной мечты было отложено в связи с густым туманом, который вернул путешественников назад. В Охотск они дошли по суше. После этого Биллингс вернулся на зимовку в Якутск и там стал заниматься меновой торговлей с местным населением на деньги, которые получал из казначейства Иркутской губернии. Однако иркутский и колыванский наместник Якоби не обращал внимания на такое отступление от инструкции адмиралтейств-коллегии. Тяжёлая ледовая обстановка следующего года не позволила Биллингсу пройти на двух судах морем от устья Колымы к Чукотскому полуострову и обогнуть его. Удалось лишь произвести первую сравнительно точную опись побережья между Колымой и островом Айон (300 километров). Весной 1788 года Биллингс вместе с Сарычевым открыли в Охотском море крошечный остров Ионы, в то время как другая часть команды посетила неисследованную горную страну (бассейн Юдомы, система Алдана) и собрала первые сведения о Юдомо-Майском нагорье и приморском хребте Джугджур, а затем выполняла съёмку Колымы.
Пель, сменивший Якоби на посту наместника, потребовал от Биллингса отчёта в израсходованных деньгах и, не получив удовлетворительного ответа, обратился к адмиралтейств-коллегии. Та в октябре 1789 года прислала требование приостановить экспедицию «ради сокращения расходов». Однако было уже поздно — Биллингс в сентябре выехал из Охотска, решившись с Востока обогнуть Азию. Но ему удалось проплыть только до залива Лаврентия; заверенный чукчами в невозможности плавания по Ледовитому океану, он оставил и это предприятие. Весной 1790 года часть экспедиции Биллингса обследовала Курилы, в то время как он сам, командуя судном, совершил плавание от Камчатки до острова Кадьяк у северного берега залива Аляска, осмотрел часть взморья, открыл и описал несколько Алеутских островов. Летом 1791 года Биллингс высадился на западном берегу полуострова Сьюард (Аляска), а 13 августа в заливе Лаврентия передал командование шхуной «Слава России» Сарычеву и отправился сухим путём исследовать Чукотский полуостров.
Расставшись с Биллингсом, Сарычев на следующий день вышел в море в направлении острова Уналашка, прибыл туда 29 августа и остался на зимовку. 2 сентября того же года к острову подошёл катер «Чёрный Орёл» под командованием Галла, ставшего к тому времени капитан-лейтенантом. Как старший в чине он взял на себя командование шхуной, уступив катер Сарычеву. 16 мая 1792 года оба судна вышли в море и к 19 июня вернулись в Петропавловск. В 1794 году экспедиция вернулась в Петербург.
Результатом этих исследований стал отчёт «Путешествие флота капитана Сарычева по Восточной части Сибири, Ледовитому морю и Восточному океану, в продолжение восьми лет, при географической и астрономической морской экспедиции 1788—1793 гг.». Этот отчёт включал не только географические, но и метеорологические, гидрографические, астрономические, этнологические, биологические наблюдения и зарисовки местности. В 1811 г. вышел другой труд Сарычева – «Путешествие капитана Биллингса через Чукотскую землю от Берингова пролива до Нижнеколымского острога и плавание капитана Галла на судне «Черный Орел» по Северо-восточному океану в 1791 г., с приложением словаря двенадцати наречий диких народов, наблюдений над стужею в Верхнеколымском остроге, и наставления данного капитану Биллингсу из Государственной Адмиралтейств-коллегий».
Сарычев также составил географические карты восточного побережья и островов Берингова и Охотского морей — более ста лет спустя эти карты были практически без изменений использованы в лоциях. В 1826 г. был опубликован «Атлас северной части Восточного океана, составлен в чертежной Гос. Адмиралтейства Департамента с новейших описей и карт под руководством вице-адмирала и гидрографа Сарычева». Карты Сарычева, помещенные в этом атласе, были долгое время единственными для северной части Тихого океана не только в России, но и в Англии и в Америке. Эти карты отличаются большой точностью, поскольку Сарычев был сторонником производства морской описи на малых судах. Вот что писал он по этому поводу: «…чтобы иметь верные карты здешних морей, надобно опись делать, так сказать, ощупью. Для сего нужно производить ее на больших кожаных байдарах или на малых гребных судах, удобных по малому углублению своему безопасно плавать подле самых берегов…»
Сарычев был не только замечательным практиком-гидрографом, но и теоретиком этого дела. В те времена методика морской описи была весьма несовершенной, переводы английских и голландских руководств мало отвечали новым требованиям. Сарычев же, обобщив опыт русских военных гидрографов, составил руководство по морской описи, напечатанное в 1804 г. и переизданное с дополнениями под несколько измененным названием в 1825 г. Оно долгое время служило прекрасным учебным пособием.
Сарычев неоднократно подчеркивал, что он не ученый, но при этом его описания быта якутов, чукчей, камчадалов и алеутов считаются классическими, а советские археологи отмечали, что «раскопки Сарычева представляют замечательную страницу в истории мировой археологической науки. Они явились первыми раскопками древних памятников Арктики и положили начало полярной археологии как науке».
В 1802—1806 гг. Сарычев возглавлял Балтийскую гидрографическую экспедицию, шесть лет занимался исправлением морских карт Балтийского моря и Финского залива. В 1803 г. был определен в Адмиралтейств-коллегию, командовал эскадрой для обучения гардемаринов, проведения астрономических и других наблюдений. Практическая деятельность Сарычева была обобщена в работе «Правила морской геодезии» (1804). С 1808 г. руководил гидрографическими исследованиями в России. В 1809 г. был принят почётным членом Петербургской Академии наук.
Более 20 лет Сарычев посвятил изучению Балтийского моря, из них четыре года провел в экспедициях, а затем возглавлял широко организованные работы по изданию карт и лоций этого моря и по дальнейшей детализации и уточнению его съемок. В 1812 г. за составление карт Балтийского моря был награжден орденом Св. Владимира 2-й степени.
В 1808 г. в звании гидрографа был назначен почетным членом государственного Адмиралтейского департамента и произведен в вице-адмиралы. В дальнейшем был определен в Свеаборг главным командиром и издал «Дневные записки плавания вице-адмирала Сарычева по Балтийскому морю и Финскому заливу в 1802 г.» (в 5 частях).
С 1808 г. – вице-адмирал, руководитель гидрографических исследований в Российской империи. С 1809 г. – почетный член Петербургской АН.
В 1810 г. С. возглавил комитет по преобразованию Камчатского края, затем – вернулся на флот. ряд исследований в Архангельске. Год был военным губернатором Кронштадта, позднее — перешел на работу в Главный морской штаб. В 1812 г. назначен непременным членом Адмиралтейского департамента. В 1814 г. командовал эскадрой и занимался описанием Финского залива, результаты которого были описаны в изданной в 1817 г. книге «Лоция или путеуказание к безопасному плаванию по Финскому заливу, Балтийскому морю и Каттегату». В 1824 г. назначен членом Главного правления народных училищ, с 1827 г. занимал пост главного командира и военного губернатора Кронштадта, потом стал генерал-гидрографом Главного морского штаба, В 1828 г. С. занимал должности начальника морского штаба и морского министра. В течение трех с половиной месяцев 1830 г. возглавлял морское министерство и был членом ученого комитета. Исследователь был членом многих научных сообществ. Занимался историей русских портов. Его руке принадлежит составление плана Санкт-Петербурга.
Умер С. 30 июля 1831 г. в Санкт-Петербурге от холеры.
Широта взглядов и точность наблюдений Сарычева заставляют считать его одним из крупнейших океанографов своего времени, предшественником русских моряков-исследователей, проявивших себя в кругосветных плаваниях первой половины XIX в.
Гуков С.А.