С увлечением развивал Иван Дмитриевич перед малыгинцами свой план строительства на Земле Франца-Иосифа. «Бухта Тихая должна быть не только самой северной в мире станцией, но и самой лучшей. Она должна стать образцовой полярной обсерваторией», – таков был вывод Ивана Дмитриевича. Для таких людей, как Папанин, слово есть дело. Свой план строительства в бухте Тихой он осуществил полностью уже в следующем году.

Тогда как раз проводился Второй Международный полярный год. Широкая программа работ на Земле Франца-Иосифа, выдвинутая И.Д. Папаниным, пришлась как нельзя более кстати и необходимые кредиты на развёртывание станции в бухте Тихой в полярную обсерваторию были отпущены. Исключительная работоспособность Папанина, умение сплачивать вокруг себя коллектив и заражать его своим энтузиазмом сделали то, что через год станция на Земле Франца-Иосифа стала неузнаваемой». (Визе, 1946).

Вторая смена полярки в бухте Тихой была вывезена в конце лета 1933 года ледокольным пароходом «Таймыр» (по совпадению, именно экипаж «Таймыра» эвакуирует папанинскую четвёрку с дрейфующей станции «СП-1» через четыре с половиной года). После отчёта в Арктическом институте о проделанной работе Папанин побывал в отпуске, а затем вновь появился в кабинете В.Ю. Визе. Слово И.Д. Папанину:

«Так вот, – сказал Владимир Юльевич, – мы решили послать вас начальником полярной станции на мысе Челюскина. Согласны? – И, не дав мне возможности ответить, продолжал: – Там есть небольшая полярная станция. Но она не отвечает современным требованиям. В прошлом году ваш коллектив создал в бухте Тихой отличную обсерваторию. Такая же работа предстоит и на мысе Челюскина». (Папанин, 1977).

За четыре месяца предстояло подобрать коллектив станции из 34 человек, доставить в Архангельск сборные дома, научные павильоны, ангар, ветряк, вездеходы, радиостанцию и много другой всячины. С Папаниным согласились ехать Е.К. Фёдоров со своей молодой женой, гидролог Арктического института В.П.Мелешко, сотрудники обсерватории в бухте Тихой В. Сторожко и Ф. Зуев.

Экспедиция отправилась на мыс Челюскина в июле 1934 года на борту ледокольного парохода «Сибиряков», которым к тому времени командовал Ю.К. Хлебников, ранее служивший старшим помощником. У острова Диксона пришлось задержаться на две недели, поскольку путь к проливу Вилькицкого был закрыт льдами. Это дало возможность Папанину облазить местные склады и кое-чем разжиться для своей станции.

У мыса Челюскина также держался внушительный береговой припай, что позволило осуществить выгрузку прямо на лёд. Груз общим весом в 900 тонн пришлось перетаскивать на берег за три километра, на что ушло две недели. За это время к мысу подходили ледокол «Ермак» с пароходом «Байкал» и буксиром «Партизан Щетинкин», ледорез «Литке». Папанин сумел привлечь их экипажи к выгрузке. Примечателен такой эпизод: к Папанину подошли двое молодых людей с ледореза, представились гидробиологами и попросили осмотреть станцию. Папанин разрешил, но заодно предложил донести до стройки приличное бревно.

Параллельно с разгрузкой сезонная бригада строителей взялась за сооружение жилых домов, научных павильонов, складов и ветряного двигателя. В конце сентября всё было готово, оставалось только сложить печи. Поэтому, чтобы не задерживать корабль, Папанин оставил печника на зимовку, а остальных рабочих отпустил. Научные сотрудники приступили к круглосуточным наблюдениям с регулярной передачей сводок в Арктический институт, а остальные начали подготовку к весенним экспедициям: проверяли нарты и снаряжение, совершали ближние санные походы, закладывали промежуточные базы.

Из воспоминаний профессора В.Ю.Визе, руководителя похода «Литке» в 1934 году:

«Руководил строительством на мысе Челюскина И.Д. Папанин, новый начальник зимовки… На мысе Челюскина Папанин с такой же горячностью взялся за дело, как на Земле Франца-Иосифа. Вместе с ним, почти в полном составе, были его товарищи по зимовке в бухте Тихой. Работая самоотверженно, в период строительной горячки почти не зная сна, Папанин требовал такой же работы от своих подчинённых. И всё же при первом зове Папанина старые зимовщики, не колеблясь, снова последовали с Иваном Дмитриевичем, на зимовку на мысе Челюскина осталась его жена». (Визе, 1946).

Весной, когда морозы ослабли и наступил круглосуточный день, в дальний поход к озеру Таймыр отправились на собачьих упряжках Фёдоров, Либин и Сторожко. А Папанин с Мелешко двинулись вдоль пролива Вилькицкого. Их поход был с приключениями. В спешке Иван Дмитриевич забыл на станции защитные очки и получил снежную слепоту от яркого Солнца. Его спутнику пришлось нелегко. Погода испортилась, пошёл снег, началась пурга. Собаки с трудом тащили нарты, на которые Мелешко уложил начальника. Так они преодолели почти 60 км до станции, где больному пришлось пролежать с повязкой на глазах ещё неделю.

В пяти километрах от станции полярники построили небольшую избушку, где можно было отсиживаться в непогоду. Неожиданно она стала популярной и все по очереди уходили туда для отдыха и охоты. Следующая смена назвала эту избушку и приютивший её береговой выступ мысом Папанина.

Лёд в проливе пришёл в движение только в первые дни августа, но чистая вода установилась лишь в конце лета. Из Диксона вышел ледокольный пароход «Сибиряков» с новой сменой зимовщиков. Папанин был доволен проделанным: созданы современная обсерватория и радиоцентр, научные работники собрали ценные материалы. В жилом доме и павильонах царили чистота и уют, что было большой заслугой жён Папанина и Фёдорова. Галина Кирилловна исполняла обязанности метеоролога и библиотекаря, а Анна Кирилловна – геофизика и культорга. Тогда женщин на полярных станциях можно было пересчитать по пальцам одной руки: кроме упомянутых двух была ещё радистка Людмила Шрадер в Уэлене, вот и всё. Правда, вместе с мужем шла на «Челюскине» метеоролог Ольга Комова, но до о. Врангеля они так и не добрались.

Вскоре «Сибиряков» доставил новую смену, разгрузил продукты и отправился дальше на восток, к другим полярным станциям. Папанинцев он должен был забрать на обратной дороге. Конечно, тесниться двум сменам на одной станции было неразумно, старожилы стремились домой, к семьям, поэтому Папанин воспользовался проходом мимо мыса Челюскина парохода «Анадырь», идущего в Игарку, и уговорил его капитана П.Г. Миловзорова взять их с собой. Так завершилась работа Папанина на мысе Челюскина…

С этой экспедицией И.Д.Папанин справился успешно. Теперь он пользовался заслуженный авторитетом в Главсевморпути. Поэтому, когда решался вопрос о начальнике первой советской экспедиции на Северный полюс, а кандидатуру В.Ю.Визе отвели по возрасту и здоровью, правительственная комиссия остановилась на Папанине. Помимо опыта двух зимовок в Арктике повлияло, очевидно, и его чекистское прошлое, что особенно импонировало НКВД.

Слово самому Ивану Дмитриевичу:

«В один из дней вызвал меня к себе Влас Яковлевич Чубарь, которого я хорошо знал ещё по Гражданской войне, работе на Украине и в Крыму. Занимал он теперь высокий пост члена Политбюро ЦК ВКП(б), был заместителем председателя Совнаркома СССР и наркомом финансов. Широкоплечий, высокий, подтянутый, он усадил меня в кресло, вышел из-за стола, сел напротив.