В.М. Головнин высоко оценил способности Литке и по возвращении из плавания рекомендовал его на пост начальника гидрографической экспедиции для описания берегов Новой Земли, которая снаряжалась по решению Адмиралтейства. Необходимость такой экспедиции назрела давно.

Для плавания в Арктику на архангельской верфи был построен бриг «Новая Земля» – парусное двухмачтовое судно с прямыми парусами.

Экспедиция имела, как говорил Литке, «регламентной морской провизии» на 16 месяцев и, сверх того, противоцинготных и госпитальных продуктов в достаточном количестве. Экипаж брига состоял из 43 человек. Каждый участник экспедиции получил теплую одежду.

Бриг направился к Новой Земле. В конце июля судно встретило сплошные льды. Вначале путешественникам показалось, что им навстречу движется парусный флот, но вскоре они убедились, что это не какие-либо суда, а сплошной торосистый лед. Только 10 августа Литке впервые увидел Новую Землю. Это была южная часть полуострова Гусиная Земля. Непроходимые ледяные поля не позволили бригу приблизиться к берегам Новой Земли. Корабль начал лавировать во льдах, медленно подымаясь на север.

В первый день сентября мореплаватели неожиданно увидели обрывистый и высокий берег Канина Носа. Определив координаты мыса, Литке установил, что он нанесен на карту неверно: на полтора градуса восточнее истинного положения и расстояние между мысами Канин Нос – Святой Нос по карте на 45 км превосходит действительное. 11 сентября с совершенно здоровым экипажем бриг благополучно прибыл в Архангельск.

17 июня 1822 г. бриг вышел из Архангельска во второе плавание, имея на борту 48 человек экипажа. И сразу же морякам пришлось преодолевать большие трудности. На мурманском побережье около Семи островов корабль почти прижало к берегу – до него оставалось не более 180 м. Находчивость и расторопность команды избавили судно от неминуемой гибели; оно благополучно отошло от берега.

Ф.П. Литке. Гравюра XIX в.

Во время плавания с 28 июня по 3 августа была произведена опись берегов мыса Святой Нос и залива около него, достоверно определено географическое положение острова Нокуева, описана группа Семи островов и остров Малый Олений, губы Порчниха и Териберка, остров Кильдин и Екатерининская гавань в Кольском заливе. После этой работы бриг направился к Новой Земле.

6 сентября бриг благополучно прибыл в Архангельск в «наилучшем состоянии и с командою, которая уже около трех недель не имела ни одного больного».

Представленный Литке отчет получил хорошую оценку в Адмиралтействе.

11 июня 1823 г. началось третье плавание Литке в Северный Ледовитый океан. До середины июля экспедиция производила описание мурманского побережья – острова Большой Олений и вторично губы Териберки.

В конце июля путешественники увидели мыс Северный Гусиный Нос. Бриг стал подыматься на север. У мыса Нассау, сравнив положение берега с картой Баренца, Литке понял ошибочность своего прошлогоднего предположения о том, что это мыс Желания.

Бриг взял обратный курс и 6 августа стал на якорь в западном устье Маточкина Шара. В течение пяти дней участник экспедиции лейтенант Лавров на гребной шлюпке произвел съемку пролива, причем оказалось, что длина Маточкина Шара от мыса Бараний до мыса Входной равна примерно 75 км и только на 5 км превосходит длину, показанную штурманом Розмысловым.

31 августа бриг прибыл в Архангельск.

Четвертое плавание началось 18 июня 1824 г. Бриг подошел к Новой Земле у полуострова Адмиралтейства. Сплошные льды и неблагоприятные климатические условия не позволили мореплавателям дойти даже до мыса Нассау. Попытка проникнуть к восточному берегу Новой Земли Карскими Воротами также не увенчалась успехом: бриг везде наталкивался на сплошные льды. Таким образом, четвертое плавание было наименее успешным, хотя Литке еще подробнее изучил ледовую обстановку в Баренцевом море.

Для очередного, девятнадцатого русского кругосветного плавания на Охтенской верфи (в Петербурге) был построен специальный барк-шлюп – морское трехмачтовое судно «Сенявин» водоизмещением в 300 т. Литке был назначен командиром шлюпа. Экипаж его состоял из 48 матросов, 8 мичманов и других младших командиров и двух лейтенантов – Завалишина и Аболешева. В экспедиции участвовали ученые – Мертенс, Постельс и Китлиц. Главной задачей последних было изучение быта и нравов жителей, растительного и животного мира и геологии посещаемых островов и берегов Тихого океана. Кроме того, к команде было причислено еще 15 матросов и рабочих, отправлявшихся в Охотск и Петропавловск. Вместе с «Сенявиным» отплывал шлюп «Моллер» под командованием М.Н. Станюковича, возглавлявшего кругосветную экспедицию обоих кораблей.

20 августа 1826 г. «Сенявин» при самом тихом ветре вышел в море с Большого рейда Кронштадтского порта.

22 октября при штормовой погоде «Сенявин» вышел в открытый океан. Пройдя острова Канарские и Зеленого Мыса, корабль взял курс на Рио-де-Жанейро.

В конце декабря шлюп прибыл в Рио-де-Жанейро – столицу Бразилии. Корабль пробыл здесь 15 дней, на протяжении которых Литке производил астрономические и физические наблюдения.

11 июня путешественники увидели Аляску, поразившую их своей дикой живописной красотой. Лоцман провел шлюп через лабиринт островов и поставил его на якорь во внутренней гавани Ново-Архангельска – центра Русской Америки.

После сдачи груза и приведения шлюпа в порядок судно взяло курс к берегам Каролин и после пятинедельного плавания достигло острова Юалан (ныне Кусаие), самого восточного в Каролинском архипелаге.

От Юалана «Сенявин» направился на юг, имея целью определить положение магнитного экватора на меридиане этого острова, а также найти четыре маленьких острова, показанных на иностранных картах и карте Крузенштерна. Островов этих Литке не нашел, но зато совершил другое крупное географическое открытие. В ночь с 1 на 2 января 1828 г. корабль медленно продвигался под малыми парусами. На рассвете сенявинцы неожиданно увидели перед собой высокий гористый остров, окруженный грядой рифов. Путешественники не верили своим глазам: столь несбыточным казалось им такое интересное открытие в месте, которое было пересечено многими судами.

Дальнейшее исследование Каролинского архипелага пришлось прервать. Литке направился к острову Гуахан (Гуам) в Марианском архипелаге, чтобы пополнить запасы продовольствия. Затем Литке поспешил вернуться к Каролинским островам. В этот раз было описано несколько групп новых островов, в том числе Оли-марао, Элато, Фараулип, Эаурипик, Волеаи.

С наступлением весны, в конце марта, «Сенявин» взял курс на север, направляясь обратно на Камчатку для описи западных берегов Берингова моря.

29 мая шлюп бросил якорь в петропавловской гавани. После приведения корабля в порядок 14 июня мореплаватели направились на север. Пройдя Шипунский мыс, «Сенявин» взял курс к мысу Кроноцкому и стал на якорь в бухте западного берега острова Карагинского.