Такой план Лаптев наметил еще осенью 1740 года во время зимовки в Нижне-Колымском остроге и сообщил о нем в письме Н. Ф. Головину. Этим и объясняется кажущаяся двойственность в действиях Лаптева, когда он, готовясь к плаванию морем на восток от Колымы, одновременно послал Щербинина на Анадырь строить суда.
27 октября 1741 года отряд Лаптева на 45 собачьих упряжках отправился в путь. Дорога лежала вдоль правого притока Колымы — Большого Анюя. У устья реки Ангарки отряд перегрузился на приготовленные здесь для него нарты с запряженными в них оленями. Перевалив в верховье Большого Анюя через горный хребет Гыдан (Колымский) и выйдя на реку Яблон (правый приток Анадыря), отряд Лаптева 17 ноября 1741 года прибыл в Анадырский острог.
Вскоре после прибытия отряда в Анадырский острог оттуда отправился военный отряд под начальством казачьего пятидесятника Шипицына для защиты коряков от чукчей. Воспользовавшись этим, Лаптев командировал квартирмейстера Романова и бывшего поручика артиллерии Новицкого, велев им составлять карту по пути следования отряда Шипицына от Анадырского острога до устья реки Пенжины.
Сам же Лаптев занялся подготовкой к плаванию по Анадырю. Весной 1742 года отряд приступил к постройке двух больших лодок. 9 июня после вскрытия реки Лаптев со своими людьми отправился на этих лодках в путь.
Почти от самого острога Анадырь разветвляется и на протяжении более ста километров течет двумя рукавами: северный из них называется Анадырем, а южный — протокой Майной. Лаптев отправился вниз по Майне и, достигнув устья Анадыря, повернул назад, чтобы повторить картографирование. Нанесение на карту второго рукава было поручено Киндякову.
После окончания описи Анадыря работу отряда можно было считать законченной. 19 октября 1742 года Лаптев со всем отрядом выехал по зимнему пути в Нижне-Колымский острог. Оставив в остроге команду для охраны бота «Иркутск», он отправился в Якутск и прибыл туда 8 марта 1743 года. В Якутске в это время находился А. И. Чириков, принявший на себя после смерти Беринга командование Великой Северной экспедицией. От Чирикова Лаптев получил предписание немедленно выехать в Петербург для донесения Адмиралтейств-коллегий о своей работе.
В декабре 1743 года Лаптев был уже в Петербурге. Адмиралтейств-коллегия рассмотрела представленные им документы и материалы и постановила считать работу законченной. Бот «Иркутск» решено было передать местным властям, которые обязывались «содержать его под хранением тамошних служилых людей»; весь личный состав отряда поступал в распоряжение А. И. Чирикова.
Дмитрий Яковлевич Лаптев не ограничился порученным ему картографированием берегов. Вернувшись в Петербург, он написал и 2 февраля 1744 года представил Адмиралтейств-коллегии докладную записку о состоянии народностей, живущих на крайнем северо-востоке России.
В докладной записке Лаптев писал, что ему было поручено только положить на карту морской берег от устья Лены до Камчатки, но так как в том краю до него не было никого, кто мог бы увидеть недостатки в управлении краем, он считает возможным высказать свои соображения по этому поводу. Лаптев указывал, что среди живущих на Севере народностей необходимо распространить грамотность, и советовал послать туда учителей и священников.
Характерно, что Лаптев заботился о сохранении природных богатств края. Он предлагал запретить пожоги леса, раскапывание нор пушных зверей и уничтожение молодняка, что, по его словам, практиковали якуты.
В этой же докладной записке Лаптев поднимает свой голос в защиту малых северных народностей. Говоря о злоупотреблениях при сборе ясака, он отмечал, что сборщики нещадно обирают местных жителей, что сама система определения размеров дани несправедлива и приводит население к обнищанию, что ее необходимо изменить, ибо это есть самый верный способ облегчить материальное положение народов Севера. Одновременно Лаптев осуждал систему аманатов (заложников) в качестве меры для обеспечения покорности северных народностей и своевременной уплаты ими дани.
В этой же докладной записке Лаптев предлагал поощрять судоходство по Лене, считая, что для жителей низовий Лены, Яны, Индигирки и Колымы имеет первостепенное значение доставка крестьянами с верховий Лены хлеба, ниток для сетей, железных котлов, ножей, топоров и других предметов, необходимых в домашнем обиходе, для охоты и рыболовства. Еще во время пребывания в экспедиции Д Я. Лаптев был произведен в капитаны 3-го ранга. По возвращении в Петербург его назначили советником «в экспедицию над верфями и строениями», то есть в управление Адмиралтейств-коллегий, ведавшее верфями, зданиями и иными сооружениями, принадлежавшими флоту. В следующем, 1746 году Лаптев командовал одним из кораблей Кронштадтской эскадры. Осенью 1751 года Лаптева назначили секунд-интендантом Кронштадтского порта, затем он снова командовал кораблем.