Даже более: по обширности территории, на которой экспедиции предстояло действовать одновременно, в истории географических открытий ничего подобного ей не было.
В последние годы своей жизни Петр I активно занимался разработкой планов освоения северных и восточных земель и поисков морских путей в Америку и Индию. В январе 1725 года, уже будучи тяжело больным, он составил инструкцию по подготовке «Сибирской экспедиции», которая предписывала дойти по северным морям до Америки, исследовать те берега и нанести их на карту. Начальником экспедиции был назначен датчанин Витус Беринг, который неоднократно пытался дойти до берегов Америки, но не смог пересечь пролив, названный впоследствии его именем, и вернулся в 1730 г. в Петербург. Там он представил правительству Анны Иоанновны доклад о своих плаваниях и выдвинул проект новых исследований, указав на необходимость «выведывать северные земли или берега Сибири» с целью установления торговых маршрутов в Северо-Западную Америку и Японию.
Проект Беринга поддержали и выделили на его осуществление немалые средства. Особенно усердно за подготовку новой экспедиции взялись Академия Наук, Адмиралтейство и Сенат. В 1732 г. вышел указ о снаряжении новой, Второй Камчатской экспедиции, известной в истории как Великая Северная экспедиция. В указе Сената отмечалось, что «оная экспедиция самая дальняя и трудная и никогда прежде не бывалая».
Великая Северная экспедиция 1733−1743 гг. состояла из 7 независимых отрядов общей численностью в 10 судов и около 580 человек. Каждому отряду предписывалось обследовать определенный район. Первому отряду, отправлявшемуся из Архангельска под руководством лейтенантов Степана Воиновича Муравьева и Михаила Степановича Павлова, было приказано описать берег между Печорой и Обской губой. Берег на восток от Обской губы до северной оконечности Таймырского полуострова или до Хатанги стал задачей второго отряда, отправлявшегося из Тобольска под руководством лейтенанта Дмитрия Леонтьевича Овцына. Третий отряд должен был описать берег к западу от устья Лены; выполнение этой задачи было возложено на команду под руководством лейтенанта Василия Прончищева. Прончищева в этом плавании сопровождала жена Татьяна, ставшая первой женщиной-полярницей. Четвертому отряду поручалось описание берега на восток, от устья Лены до Берингова пролива, этот отряд возглавил лейтенант Петр Ласиниус, а после его смерти — Дмитрий Яковлевич Лаптев. Пятый отряд возглавил сам Беринг, ему поручалась Камчатка, острова на севере Тихого океана и Северо-Западная Америка, а шестой отряд, под командованием Мартына Петровича Шпанберга, должен был обследовать Курильские острова и берега Японии. Седьмому, так называемому «академическому» отряду под руководством профессора Герхарда Фридриха Миллера, поручалось исследование внутренних районов Сибири. Экспедиция проходила в строго секретном порядке.
Первому отряду экспедиции — Двинско-Обскому отряду на переход из Архангельска в устье Оби понадобилось четыре года. Результаты его работы были весьма скромны — удалось описать лишь сравнительно небольшую часть береговой линии, Югорский Шар, острова Матвеев, Долгий и Местный. Настоящим бедствием стала цинга — она начала одолевать путешественников и собирать свой страшный урожай буквально с самого начала путешествия. Начальник отряда Муравьев писал, что за два месяца плавания «от тамошнего воздуха почитай все, хоть несколько времени, пребывали тяжкими головными, грудными и цынготными болезнями. Страдала дисциплина, но недовольных матросов сурово наказывали плетьми. Руководители отряда не ладили между собой, а также притесняли местных жителей во время зимовок, что вызвало большое недовольство и жалобы. В результате Муравьев и Павлов были разжалованы, вместо них командиром отряда назначили лейтенанта Степана Гавриловича Малыгина, а его заместителем — лейтенанта Алексея Ивановича Скуратова, которые и смогли завершить порученное своим предшественникам дело.
Во втором отряде дела обстояли немногим лучше. Лейтенанта Овцына, которому удалось выполнить возложенное на него поручение по описи берега от устья Оби до Енисея за три года, по прибытии в Петербург разжаловали по политическим мотивам — за «дружеское обхождение» с находившимся в ссылке князем Долгоруким. Исследование берега к востоку от Енисея продолжили Федор Алексеевич Минин и Дмитрий Васильевич Стерлегов. Стерлегов сухим путем прошел от устья Енисея на северо-восток до мыса, носящего теперь его имя. Минин в первое плавание дошел только до устья Енисея, затем летом следующего года продолжил плавание на восток. Однако, пройдя группу из многочисленных небольших островов, он натолкнулся на льды и повернул назад.
Минин и Стерлегов тоже между собой не ладили. Вернувшись домой, они затеяли судебную тяжбу. В результате Минина разжаловали в матросы на два года за жестокое обращение с подчиненными, «лихоимство и пьянство». Овцына же впоследствии в звании лейтенанта восстановили и в 1741 г. отправили на Охотское море.
Третий отряд под руководством Василия Прончищева на шлюпе «Якуцк» от устья Лены отправился на запад, дошел до устья реки Оленек, и там его отряд зазимовал. На следующий год плавание продолжилось. Пробираясь сквозь тяжелые льды, отряд дошел до восточного берега полуострова Таймыр, до 77˚ 29’ с. ш., дальше пройти не смог и отправился назад, в устье Оленека.
9 сентября 1736 г., через год после начала экспедиции, Василий Васильевич Прончищев скончался. Его жена Татьяна Федоровна, мужественно переносившая тяготы экспедиции наравне со всеми, ненадолго пережила мужа и умерла 22 сентября того же года. Могила Прончищевых в устье Оленека сохранилась до наших дней. В 1999 г. в ходе исследований была выявлена настоящая причина смерти Василия Прончищева — он умер от эмболии в результате перелома ноги, хотя долгое время считалось, что его погубила цинга. Татьяну Прончищеву долгое время считали Марией. В 1913 г. русская Гидрографическая экспедиция Северного Ледовитого океана под командованием Б.А. Вилькицкого присвоила имя Прончищевой мысу у побережья Таймыра. При подготовке новых карт обозначение «м. Прончищевой» было истолковано как название «Бухты М. Прончищевой» (М. — от имени Мария). Только в 1983 г. было установлено подлинное имя этой мужественной путешественницы.
После смерти Прончищева командование отрядом перешло к Харитону Прокопьевичу Лаптеву. Вместе с геодезистом Чекиным и штурманом Челюскиным он выполнил порученное задание, завершив описание берегов Таймырского полуострова, от Лены до Енисея, сухим путем после нескольких неудачных попыток проделать это с моря. На мысе Фаддея Лаптев соорудил маяк «из плиточного камня», который через 180 лет обнаружила экспедиция Руаля Амундсена. Штурману Семену Ивановичу Челюскину удалось достичь северной оконечности Азии, теперь этот мыс носит его имя.
Четвертый отряд экспедиции, которому поручалось описание берега между Леной и Колымой, также «обезглавила» цинга. Руководитель отряда лейтенант Петр Ласиниус скончался от этой болезни во время первой же зимовки, вслед за ним ушло в могилу еще тридцать пять человек. На смену ему пришел с новой партией двоюродный брат Харитона — Дмитрий Лаптев. Под его руководством отряд справился с поставленной задачей. Лаптев также несколько раз пытался обогнуть Чукотский полуостров и пройти морем до Камчатки, но это ему не удалось.
Шестой и седьмой отряды экспедиции собрали обширный материал по географии, геологии, этнографии севера и востока Сибири, открыли и осмотрели все Курильские острова и северную часть Японии. Пятый отряд под руководством Беринга и Чирикова на пакетботах «Св. Петр» и «Св. Павел» отправился к берегам Северной Америки. Первым эту землю увидел 15 июля 1741 г. Алексей Ильич Чириков, командовавший пакетботом «Св. Павел», а через несколько дней к американской земле подошло и судно Беринга. Эта экспедиция стала для славного мореплавателя последней — во время шторма
«Св. Петр» выбросило на необитаемый остров, где капитан-командор скончался от цинги. Могилы Беринга и его спутников обнаружили в 1991 году. Теперь его имя носят пролив, остров, море на севере Тихого океана, в его честь названы также Командорские острова.
Великая Северная экспедиция заложила основы российской традиции полярных исследований и продемонстрировала черты, которые будут впоследствии присущи более поздним русским экспедициям. Прежде всего, их задачи определялись насущными политическими и экономическими потребностями России. С помощью этой экспедиции правительство хотело определить действительные размеры русских владений на севере и собрать географический, астрономический и естественно-научный материал о Сибири и Дальнем Востоке. Во-вторых, этот проект разрабатывался правительством совместно с Академией Наук, но исполнение поручалось военно-морскому флоту. Сотрудничество правительства, военно-морского флота и научных учреждений стало характерной чертой всех российских полярных исследований дореволюционного периода. Это привело к созданию двух традиций в картографии — военной и академической. В-третьих, начиная с Великой Северной экспедиции, Академия стала привлекать к полярным исследованиям профессиональных ученых, участие которых существенно повышало научный уровень экспедиций.
От Великой Северной экспедиции сохранилось мало материалов — она готовилась и проводилась в строгой секретности. Тем не менее на протяжении почти 200 лет ее результаты служили практически единственным наставлением для мореплавателей, а имена ее участников и по сей день значатся на географических картах.