В начале мая вскрылась Северная Двина, и тотчас началась подготовка брига к плаванию.
Большую заботу Литке проявил о команде корабля. Каждый офицер и матрос получил добротную полярную одежду; в рацион были введены противоцинготные средства. В результате всех этих мер в течение всей экспедиции не был потерян ни один человек.
Первое самостоятельное плавание молодого командира корабля началось с серьезного испытания. При выходе из Белого моря бриг сел на необозначенную на карте мель. Вскоре начался отлив, и бриг оказался как бы на острове, в полуверсте от чистой воды. Но Литке не растерялся. Он принял такие меры и так расставил людей, что когда начался новый прилив, бриг был стянут на чистую воду. Работа эта потребовала огромного напряжения сил, но команда «переносила все тягости с тем веселием духа, которое отличает русского матроса», — подчеркивал Литке в своих записках.
Точно определив координаты мели, Литке повел бриг к Новой Земле.
Плавание у Новой Земли было чрезвычайно тяжелым. То и дело встречались непроходимые ледяные поля, которые не позволяли приблизиться к Новой Земле, и Литке пришлось ограничиться составлением приблизительной карты видневшегося на горизонте побережья и наметить опорные пункты для будущих исследований.
Поход 1821 года являлся как бы разведкой. В результате него Литке пришел к важному выводу, что ледовая обстановка в этом районе не всегда бывает такой неблагоприятной, какой она была летом 1821 года, и что в следующем году может появиться возможность плавания у самого побережья Новой Земли. Так и было сделано.
Начальство было очень довольно результатами второго плавания. Литке был досрочно произведен в капитан-лейтенанты, все офицеры брига получили награды, а матросам выдали «в единовременное вознаграждение годовой оклад жалованья». Летом 1823 года Литке вышел в третий рейс к берегам Новой Земли.
К 1 августа Литке вновь достиг мыса Нассау и убедился, что это не самая северная оконечность острова. Пройти же далее на север из-за сплошного льда он не смог. Возвратившись к проливу Маточкин Шар, он произвел подробную опись его со шлюпки.
Два года обрабатывал Литке материалы своей четырехлетней арктической экспедиции. Составленные им карты в течение целого столетия были единственным надежным руководством для мореплавателей.
В 1828 году вышла в свет книга Литке «Четырехкратное путешествие в Северный Ледовитый океан на военном бриге „Новая Земля“ в 1821–1824 годах», которая принесла ему известность и признание в научном мире. В предисловии к немецкому переводу этой книги указывалось, например, что исследования Литке в Арктике «нельзя пройти молчанием ни в истории мореплавания, ни в истории географии».
Едва Литке подготовил к изданию свою рукопись о результатах арктического плавания, как его назначили командиром шлюпа «Сенявин», отправлявшегося в кругосветное плавание.
«Сенявин» был построен специально для этого плавания под личным наблюдением Литке на Охтенской верфи в Петербурге. Это был трехмачтовый парусный корабль водоизмещением около 300 тонн. Кроме Литке, на шлюпе было восемь офицеров, семь старшин и сорок три матроса. Для научных работ были взяты три натуралиста.
Экспедиции предстояло побывать в еще неисследованных районах Тихого океана и Берингова моря.
20 августа 1826 года «Сенявин» покинул Кронштадтский рейд. Первым делом Литке в самом начале плавания отменил телесные наказания. Как и Крузенштерн, Лазарев и другие прогрессивные деятели русского флота, Литке считал, что культурные меры воспитания личного состава более способствуют налаживанию дисциплины на корабле. Однако он прекрасно отдавал себе отчет в том, что такое новшество могло реально стоить ему карьеры.
Литке повседневно заботился о матросах. Команда всегда получала свежую пишу, во время холодов в жилой палубе непрерывно топились две печи. Он открыл матросам доступ в свою библиотеку, а неграмотным роздал буквари, и к концу плавания на корабле не осталось ни одного неграмотного матроса. Офицерскому составу он вменил в обязанность регулярно проводить с матросами образовательные беседы.
Не допуская скуки и уныния, он настаивал на том, чтобы на судне ни одного праздничного дня не проходило без самодеятельного спектакля или концерта.
Литке повел свой корабль через те районы Тихого океана, где еще не бывали европейские мореплаватели. Он надеялся открыть новые земли, но его надежда не оправдалась, — шлюп не встретил на своем пути ни одного островка. В Русской Америке «Сенявин» пробыл больше месяца. За это время шлюп, изрядно потрепанный штормами, был подремонтирован, а Литке собрал богатый материал о природе и коренном населении этого далекого русского владения.