Предполагалось, что плавание по Охотскому морю вдоль побережья и к Шантарским островам он совершит на морском вельботе, который ему должны были предоставить в Охотске. Находясь в Якутске, Миддендорф запросил о вельботе Охотск, но получил «решительный отказ». Тогда он решил изменить направление маршрута и выйти к Охотску не по торной северной тропе, а южнее, к запущенному и полузаброшенному Удскому острогу. Путешественник знал, что в захудалом Удском острожке его ничем не снабдят. Приходилось везти из Якутска и снаряжение, и продукты питания, и кожи для байдары, и канаты, и якорь, и паруса на вьюках через тайгу и перевалы, как это делали охочие люди. Кроме постоянных спутников – Брандта, Ваганова и Фурмана – он включил в отряд нескольких казаков из Якутска и двух якутов. Якуты, бывалые люди, должны были помочь соорудить байдару.
До слободы Амгинской (от Якутска до Амги – 180 километров) снаряжение доставить было нетрудно. Его везли на санках, запряженных быками. Здесь Миддендорф путем закладки шурфов провел наблюдение над «всегда мерзлыми» слоями земли. Но от Амги к востоку вели лишь верховые тропы. Для каравана Миддендорфа потребовалось 72 лошади.
Из Амги караван тронулся 11 апреля 1844 года. Людей на пути встречалось мало. В основном это были якуты и тунгусы (эвенки). Миддендорф расспрашивал их о промысловых животных, охоте, таежных тропах.
Вскоре отряд вступил в страну «пушных зверей». Многие страницы «Путешествия» посвящены обитателям тайги.
Но особенно интересно описание одной из «причуд» суровой природы Восточной Якутии – «ледяной долины» Селенды. Истоки реки Селенды выступают на поверхность из-под обрывистой скалы, являясь подземным стоком озера Маркюэль. Из-под скалы вытекает до полусотни ручьев (кроме главного потока), и все они сливаются в одно русло, именуемое Селендой. Воды Селенды окружены причудливыми скалами из красного песчаника.
Следуя по течению Селенды, путешественник убедился, что река протекает уже не в цветных песчаниках, а по ледяной долине. Русло реки пролегало в сплошном слоистом льду. Прямо из ледяного поля росли большие хвойные деревья. Подобное явление, называемое в Сибири «закипанием», характерно для сибирских таежных дебрей.
1 июня 1844 года отряд Миддендорфа перевалил Становой хребет и через восемь дней подошел к острожку на реке Удь. Здесь путешественники построили байдару – деревянный остов обтянули кожей и приладили шесть пар весел и на ней спустились по реке Удь к морю. Но сразу выйти в море им не удалось – близ устья реки Охотское море оказалось (в июле!) забито льдами. В ожидании «погоды» путешественники занялись сбором зоологических коллекций.
Особое внимание Миддендорфа привлекло образование гигантских завалов плавника, наслоений песка, камней, глины, в толще которых застряли целые туши морских животных – китов и тюленей. На Охотском побережье Миддендорф смог понять, каким образом «была погребена» туша мамонта, которую ему удалось найти на Таймыре. В своей книге он превосходно описал грандиозную созидательно-разрушительную работу морского прибоя.
Благодаря его наблюдениям существенно пополнились и сведения о климате Приохотья. В академических материалах, связанных с организацией экспедиции, особо указывалось на важность собирания сведений о климатических особенностях побережья Охотского моря, так как таких сведений в то время не было.
Лишь 4 августа путешественники смогли добраться до острова Большой Шантар, где пробыли целую неделю. Миддендорф достиг предельного пункта своего путешествия – Охотского побережья и Шантарских островов. Отсюда он должен был пуститься в обратный путь через Якутск в столицу. Но Миддендорф поступил иначе. Все собранные им коллекции – геологические и зоологические, гербарии, путевые записи – он отправил в Якутск с Брандтом, Фурманом и двумя якутами для дальнейшей пересылки в Академию наук в Петербург. Сам же с «неразлучным своим спутником» геодезистом Вагановым избрал для возвращения на запад иной, неизведанный путь.
Миддендорф и Ваганов смастерили маленький ботик из ивовых прутьев и запасной воловьей кожи. Ученый называл это крохотное суденышко «ореховой скорлупой». В этой «скорлупе» они и двинулись по Охотскому морю.
Путешественники плыли вдоль берега, к югу, делая мензульные и глазомерные съемки, собирая коллекции. Высаживаясь на берег, они уходили в глубь тайги, охотились, пополняя свои зоологические сборы.
1 сентября 1844 года Миддендорф и Ваганов находились близ устья Тугура. Миддендорф вновь чувствовал себя этнографом, лингвистом, антропологом. Путешественники общались с эвенками, якутами, гиляками (нивхами).
На Тугуре землепроходцев поджидали эвенки-оленеводы. Вместе с ними они и выступили в зимний поход на запад. Путешественники ехали верхом на оленях. Маршрут оленного каравана шел по Тугуру, Немилену, Керби через Буреинский хребет в долину Буреи. Отсюда по ее притоку Нимани и далее по Кебели Миддендорф и Ваганов добрались до урочища Инкань – места традиционной ярмарки жителей окружающих областей. С севера сюда приезжали якуты и эвенки, с юга – дауры. В Инкане путешественников ждали «подставные олени».
От Инканского урочища в течение трех недель они шли до Зеи. 12 января 1845 года караван спустился на «полотно самого Амура». Отсюда, уже на лошадях, Миддендорф и Ваганов добрались до Стрелки, расположенной на слиянии Аргуни и Шилки. Весь этот путь был отражен в картах атласа, приложенного к «Сибирскому путешествию» Миддендорфа.
В пути от Охотского побережья к Амуру Миддендорф и Ваганов с особой тщательностью заносили в свои путевые записи названия многочисленных рек, речек и ручьев, считая, что для практических целей это имеет наибольшее значение. Долины этих водных потоков служили единственными путями сообщения. Они вели к перевалам и заповедным местам промысла для местных кочевников.
Каков же итог этого нелегкого путешествия? Сам Миддендорф пишет об этом так: «Тщательно занося на бумагу наш маршрут и проверяя, сколько было возможно критически, множество показаний на мои расспросы, я успел составить картину Амурского края, которая бросила новый свет на эту страну». Составлена была и первая карта края под названием «Первый опыт гидрографической карты Станового хребта с его отрогами».
Сибирское путешествие Миддендорфа длилось 841 день. За это время он и его спутники прошли – на лошадях, на собаках, на оленях (в упряжке и верхом), на лодках и пешком – около 30 тысяч километров. Непременный секретарь Академии наук П.Н. Фус, оценивая успех Сибирской экспедиции, сказал, что Миддендорф возвратился из Сибири в столицу «в ореоле славы». Материалы его исследований внесли невиданное оживление в научную жизнь Петербурга.