4 марта 1820 года на 90° восточной долготы Беллинсгаузен повернул к берегам Австралии. Несмотря на очевидную опасность раздельного плавания кораблей (в случае гибели одного корабля второй не мог бы прийти на помощь его экипажу), Беллинсгаузен и Лазарев все же решились на это, чтобы осмотреть возможно большее пространство океана. Шлюпы взяли курсы, параллельные курсам, которыми некогда шли корабли Кука «Резольюшен» и «Эдвенчер». «Мирный» пошел на 5–3° южнее пути «Эдвенчера», Лазареву надлежало разрешить одну географическую загадку: попытаться отыскать остров Компании, якобы виденный испанскими мореплавателями.
30 марта 1820 года на 132-е сутки после выхода из Рио-де-Жанейро «Восток» бросил якорь в Порт-Джексоне. Через семь суток сюда же благополучно прибыл и «Мирный», экипаж которого удостоверился в том, что остров Компании существовал лишь в воображении его «открывателей».
В дальнейшем шлюпы совершили также плавание в тропической части Тихого океана, после чего карта южных морей пополнилась русскими названиями вновь открытых островов.
Затем шлюпы вторично направились к Южному материку, открыв вблизи него остров, названный островом Петра Первого.
Открытием Антарктиды героические русские моряки внесли величайший вклад в мировую географическую науку, вписав новую замечательную страницу в книгу русской морской славы.
* * *
Экспедиция Беллинсгаузена и Лазарева справедливо считается одной из самых замечательных антарктических экспедиций. Ею пройдено в общей сложности 49 723 мили — путь, в два с четвертью раза превышающий длину экватора. Плавание шлюпов продолжалось 751 день.
Из них в южном полушарии корабли находились 535 дней, причем 122 дня — южнее 60-й параллели и 100 дней — во льдах.
На протяжении всего плавания, и в особенности в южных полярных водах, русские моряки показали блестящие образцы кораблевождения.
Экспедиция на «Востоке» и «Мирном» замечательна еще и ценнейшими для науки систематическими наблюдениями за температурой воздуха, барометрическим давлением, элементами земного магнетизма, а также многочисленными измерениями глубин океана, температуры, удельного веса океанской воды на различных глубинах и определением степени ее прозрачности.
Беллинсгаузен дал правильную характеристику главных особенностей климата Антарктики, сделал первую попытку описать и классифицировать антарктические полярные льды, изложить теорию льдообразования. Русские моряки, систематически наблюдая за океанскими течениями, дали правильное объяснение происхождению Канарского течения, ранее считавшегося ветвью Флоридского. Верные соображения высказал Беллинсгаузен и о происхождении водорослей Саргассова моря. Наконец, огромную ценность представляли этнографические, ботанические и зоологические коллекции, собранные русскими моряками.
Выдающиеся результаты экспедиции Беллинсгаузена — Лазарева вызвали восхищение ученых всего мира.
Свой обстоятельный труд «Двукратные изыскания в Южном Ледовитом океане и плавание вокруг света на шлюпах „Восток“ и „Мирный“…» Ф. Ф. Беллинсгаузен закончил в 1824 году, но из-за бюрократизма чиновников Адмиралтейского департамента этот труд увидел свет только через семь лет после его написания, при этом издан он был тиражом в 600 экземпляров.
Работа Беллинсгаузена, переведенная на немецкий, голландский, шведский и английский языки, произвела за границей огромное впечатление. В 70-х годах XIX столетия известный немецкий географ Август Петерман писал:
«Он бесстрашно пошел против… решения Кука, царившего во всей силе в продолжение пятидесяти лет и успевшего уже прочно укрепиться. За эту заслугу имя Беллинсгаузена можно поставить наряду с именами Колумба, Магеллана, с именами тех людей, которые не отступали перед трудностями и воображаемыми невозможностями, созданными их предшественниками, с именами людей, которые шли своим самостоятельным путем, и потому были разрушителями преград к открытиям, которыми обозначаются эпохи».
Беллинсгаузен и Лазарев оставили яркий след в русской военно-морской истории. По возвращении из экспедиции Беллинсгаузен, уже в чине капитан-командора, в течение двух лет командовал 15-м флотским экипажем и затем занимал должность дежурного генерала и генерал-цейхмейстера (инспектора морской артиллерии). Затем он принял участие в российско-турецкой войне и осаде Варны.