Ширшов завершил начатую им перестройку деятельности Арктического института, уже находясь в Москве. Ряд подразделений, несвойственных основному профилю института, был передан другим учреждениям, а в самом институте были усилены специалистами такие отделы, как ледовый, морской гидрологии, метеорологии и геофизики. С другой стороны, и от Главсевморпути передали другим ведомствам и наркоматам некоторые функции, чтобы деятельность ГУСМП была сосредоточена на главном направлении, определенном решением XVIII съезда партии — транспортном освоении морей и рек Арктики.
В эти годы Петр Петрович не раз замещал И. Д. Папанина, который часто по работе покидал Москву, выезжая в различные командировки. Ширшову приходилось выступать от Главсевморпути в ЦК ВКП(б), Совнаркоме СССР, Госплане СССР и других руководящих организациях и учреждениях, и можно сказать, что в этот период Петр Петрович прошел хорошую школу государственного деятеля.
Основное время у Ширшова было занято руководством морскими делами в Арктике. Но Петр Петрович никогда не забывал, что он — ученый, и старался при каждой возможности выбрать время, чтобы заняться научными вопросами, часто выезжал в Ленинград, где в старинном дворце на набережной Фонтанки, в котором разместился Арктический институт, обсуждал с учеными проблемы развития полярной науки, намечал конкретные планы ближайших мероприятий.
Уезжая в апреле 1939 года на постоянную работу в Москву, он передал обязанности директора института — Б. К. Федорову, но и Евгений Константинович вскоре был выдвинут на более высокий государственный пост — назначен начальником Главного управления гидрометеослужбы при СНК СССР. Тогда директором Всесоюзного арктического института был назначен по рекомендации П. П. Ширшова и Е. К. Федорова их товарищ по экспедиции «Север», молодой, но уже хорошо проявивший себя как талантливый организатор Я. С. Либин.
У всех еще свежи были в памяти впечатления от успехов первой станции «Северный полюс», и, естественно, многие журналисты, да и полярники, задавали вопрос: будет ли создана на льдах Северного Ледовитого океана новая дрейфующая станция, когда и где? Петр Петрович старался много не говорить об этом, хорошо зная, как не нужен и даже порой вреден преждевременный шум в прессе вокруг мероприятия, планы которого только еще обсуждаются в узком кругу лиц. А подготовка к созданию такой станции уже шла, и Ширшов был активным участником разработки планов организации воздушной экспедиции и программы научных работ станции. Эти вопросы он не раз уже обсуждал вместе с заместителем начальника Главсевморпути, начальником Полярной авиации М. И. Шевелевым и директором Арктического института Я. С. Либиным — все они были активными участниками экспедиции «Север», создавшей станцию «Северный полюс» в 1937 году, и исходили из опыта этой организации. Уже была намечена кандидатура на должность начальника будущей дрейфующей станции — Ареф Иванович Минеев. Петр Петрович был знаком с ним раньше, но, узнав ближе, сразу же проникся чувством большой симпатии к этому человеку. Его кандидатуру горячо рекомендовали В. Ю. Визе и Н. И. Евгенов, люди, с мнением которых Ширшов очень считался. Минеев, до того как стать полярником, был участником гражданской войны и потом несколько лет находился на ответственной партийной работе (в партию он вступил в 1918 году). Суровую полярную школу он прошел в 1929–1934 годах на острове Врангеля в должности начальника полярной станции и главного администратора острова, а после возвращения на Большую Землю в 1936 году был назначен директором Института народов Севера, созданного в Ленинграде. С большой радостью он принял предложение Ширшова и Либина, оставил службу в своем институте и перешел на работу в Главсевморпуть. Станцию намечено было открыть к северо-востоку от острова Врангеля в районе полюса относительной недоступности, являвшегося в то время «белым пятном» на карте Арктики. Этот район для создания дрейфующей станции предложил Ширшов. Он исходил из того, что если создавать станцию в районе Северного полюса, то она повторит дрейф первой станции «СП» и будет вынесена течением в Гренландское море. Если же создавать станцию в восточной части Северного Ледовитого океана, то дрейфовые течения должны понести льдину на северо-запад, и она продрейфует через весь Центральный полярный бассейн, и не 9 месяцев, а полный год и даже более.
Но этим планам не суждено было осуществиться. Когда Ширшов, Шевелев и Либин доложили свои предложения начальнику Главсевморпути И. Д. Папанину, то не получили поддержки по тем мотивам, что в указанный момент в Северном Ледовитом океане уже дрейфовали 11 человек на ледокольном пароходе «Георгий Седов» и все внимание должно было быть обращено на обеспечение безопасности этого дрейфа и вывод судна изо льдов. Во-вторых, намеченный для высадки группы Минеева — район совершенно не изучен, и посылать людей в полную неизвестность пока нельзя.
Было принято решение послать в район полюса относительной недоступности кратковременную воздушную экспедицию на одном самолете, и Ширшов, Шевелев и Либин принялись теперь за разработку плана и программы новой экспедиции.
Эта экспедиция состоялась в мае 1941 года. Для нее был выбран тяжелый четырехмоторный самолет ТБ-3 СССР Н-169 — ветеран первой полюсной экспедиции 1937 года. По рекомендации Шевелева и Водопьянова командиром самолета был назначен молодой, но уже обладавший богатым полярным авиационным опытом И. И. Черевичный. Экипаж состоял из участников экспедиции «Север» 1937 года — все они были далеко не новичками в Арктике и уже имели достаточный опыт посадок и базирования на ледяных полях. Для научных работников было предоставлено три места, следовательно, каждый научный работник экспедиции должен был выполнять объем исследований, рассчитанный в обычных условиях ка двух-трех человек. План проведения операции был разработан И. И. Черевичным и штурманом В. И. Аккуратовым, а программа исследований — в Арктическом институте под руководством Я. С. Либина. Контроль за подготовкой экспедиции осуществлялся П. П. Ширшовым. Он же рекомендовал Либину самому возглавить научный отряд, а на два других места были назначены опытные полярные ученые — геофизик М. Е. Острекин и метеоролог Н. Т. Черниговский. Либин принял на себя выполнение гидрологических работ.
Экспедиция состоялась в апреле — мае 1941 года и завершилась полным успехом. Черевичный с большим мастерством совершил посадки на дрейфующий лед в трех местах, где научные работники с помощью экипажа самолета выполнили большой объем наблюдений, проведя по нескольку дней в каждой точке. Льдина № 1 находилась в точке с координатами 81°27′ с. ш. и 181° 15′ в. д., льдина № 2 — на 78°26′ с. ш. и 176°10′ в. д. и льдина № 3 — на 80° 00′ с. ш. и 170° 00′ в. д. Всего же экспедиция проработала на дрейфующих льдах 15 дней. Еще одно «белое пятно» было снято с карты Арктики.
