По докладу Д.И. Чичерина Екатерина II приказала Адмиралтейств-коллегий немедленно послать в Тихий океан секретную экспедицию, официально названную «Экспедицией для описи лесов по рекам Каме и Белой». Несомненно, ее основной задачей была не только опись открытых островов, но и формальное и фактическое закрепление их за Российской империей: приведение «американцев» (алеутов) в российское подданство, урегулирование сбора ясака и контроль — в интересах казны — за действиями промышленников. Начальником экспедиции и его помощником были назначены боевые моряки Петр Кузьмич Креницын и Михаил Дмитриевич Левашов. В распоряжении Креницына были четыре судна, но два из них погибли во время перехода из Охотска к Камчатке зимой 1766–1767 г., а третье судно сгнило. Взамен экспедиция получила в Нижнекамчатске в сентябре 1767 г. другое судно, но, так как оно нуждалось в основательном ремонте, Креницын отложил плавание и вторично зимовал на Камчатке.

22 июля 1768 г. два судна, выйдя из устья р. Камчатки в открытое море, двинулись на восток. У Креницына под командой находилось 75 человек, у Левашова — 65. 11 августа при сильном ветре и пасмурной погоде суда потеряли друг друга на широте 54°05'. Через три дня Креницын впервые увидел два острова — Сигуам, самый восточный из Андреяновских, и Амухта, самый западный из Четырехсопочных. 21 августа он вошел в пролив между Умнаком и Уналашкой.

Левашов 14–18 августа усмотрел к югу и нанес на карту ряд мелких и два значительных острова — восточная часть Андреяновской цепи, но какие именно, установить трудно из-за больших ошибок в определении долготы. 19 августа Д. Левашов достиг о. Амухты, а через день — Уналашки, где соединился с П. Креницыным. В пути он встретил о. Акутан, крупнейший из группы, названной в XIX в. о-вами Креницына (к северо-востоку от Уналашки). Забрав воду, Креницын и Левашов двинулись дальше на северо-восток и 25 августа подошли к Унимаку, самому крупному и дальнему из Алеутских о-вов, обогнули и описали его за пять дней, причем открыли узкий Исаноцкий пролив, отделяющий о. Унимак от п-ова Аляска. Два дня они осматривали аляскинский берег и еще три дня искали удобную для зимовки гавань. Совместный осмотр северных берегов Уналашки, Унимака и Аляксы был первым плаванием европейцев в юго-восточной части Берингова моря. Но продвинулись они на северо-восток от Унимака недалеко: Алякса на карте Левашова показана островом, несколько уступающим по размерам Унимаку.

5 сентября в густом тумане суда надолго разлучились. Левашов один продолжал поиски земель к западу и юго-западу от Унимака: 16 сентября он пришел к Уналашке, с 1 по 5 октября плавал возле Унимака, снова вернулся к Уналашке и выбрал для зимовки бухту (порт Левашова) в глубине Капитанского залива, теперь Датч-Харбор. Выбор был исключительно удачен: этот залив — лучшая гавань на Алеутских о-вах.

На Уналашке Левашов нашел русских, которые захватили несколько десятков заложников — детей алеутских старейшин. 33 таких «аманатов» промышленники передали Левашову по его требованию, чтобы обеспечить безопасность его команды. Он наладил отношения с алеутами и через них весной 1769 г. связался с Креницыным.

Большая часть людей Левашова зимовала на судне, остальные — в юрте, построенной из плавника. Моряки страдали от сырости, недостатка пищи и топлива: «Пищу худую имеем и малую, а от стужи и дождя нигде не можно сыскать покою!» К лету умерло трое больных; двое пропали без вести. Во время зимовки Левашов делал наблюдения и подготовил материалы (собрав их у промышленников) для разностороннего, правдивого, точного и яркого описания алеутов — «О жителях того острова», т. е. Уналашки.

Зимовка Креницына на Унимаке протекала в гораздо худших условиях. До середины октября его люди строили юрты из выброшенного на побережье леса, затем вытащили судно на берег, чтобы оно не пострадало от зимних бурь. Глубокой осенью отряд штурмана Михаила Федоровича Крашенинникова при участии С. Глотова на трех байдарах за 12 дней описал 160 км северного побережья п-ова Аляска. В районе зимовки не было постоянного населения. Иногда приезжали на своих байдарах алеуты за подарками, но, как правило, встречи с ними были неприязненными. «Для предосторожности» по приказу Креницына в сторону приближающихся алеутов стреляли из пушек или ружей; изредка моряки отвечали огнем на стрелы, пущенные алеутами. Хотя команда болела цингой и смертность была велика, Креницын держал людей в постоянном напряжении. «Он имел четыре поста для ночного караула; приказывал через несколько минут каждую ночь делать ружейные и пушечные выстрелы для устрашения диких…» (из «Наставления» Адмиралтейств-коллегий Биллингсу). От цинги за все время умерло около 60 человек, в том числе 4 мая С. Глотов.

6 июня 1769 г. в гавань, где зимовал Креницын, пришел Левашов. 22 июня они двинулись на юг, обнаружили небольшой о. Санак, а затем повернули на запад; за три дня завершили открытие

и описание всех о-вов Креницына и снова разлучились. 30 июля Креницын вернулся в Нижнекамчатск. Левашов описал еще Четырехсопочные о-ва (западная группа Лисьих) и после долгого и тяжелого плавания прибыл туда же 28 августа 1769 г.

Зиму 1769/70 г. экспедиция провела в Нижнекамчатске. Зимовка была тяжелой: не хватало продовольствия, так как летом прошедшего (1769) года улов рыбы оказался очень бедным да и рыбаков почти совсем не осталось из-за эпидемии оспы, унесшей около 6 тыс. человек. Левашов и штурман Яков Иванович Шабанов составили общую карту Алеутской цепи, а также карты о. Унимак и осмотренной части п-ова Аляска. 5 июля, когда экспедиция уже подготовилась к выходу в море, Креницын утонул^- челнок, в котором он плыл по реке, опрокинулся. 10 июля суда вышли из устья р. Камчатки и 4 августа 1770 г. прибыли в Охотск. Из 187 человек, покинувших Охотск осенью 1766 г., погибла почти половина, главным образом во время зимовки на о. Унимак. В Петербург Д. Левашов приехал 22 октября 1771 г. Через месяц его досрочно повысили в чине: ни Екатерина II, ни Адмиралтейств-коллегия вовсе не считали секретную экспедицию неудачной, несмотря на большие расходы, ничтожный сбор ясака, потерю трех судов и около сотни людей, в чем Левашов был неповинен.

Географические результаты экспедиции были очень велики. Креницын и Левашов завершили в основном открытие всей гигантской Алеутской дуги, протягивающейся на севере Тихого океана на 1740 км, и особенно Унимака и других Лисьих о-вов. Они положили начало исследованию п-ова Аляска. В их работе позднее нашли ряд ошибок, так как метеорологические условия в то время в районе Алеутских о-вов оказались исключительно неблагоприятными для астрономических наблюдений: «Туманы бывали так часты, что посреди лета редко пять дней сряду продолжалась ясная и хорошая погода» (П.С. Паллас). И все же их материалы широко использовались крупными исследователями северной части Тихого океана — от Д. Кука (1779) до М.Д. Тебенькова (1852), который правильно считал их пионерами научного изучения этой акватории.

В 70-х гг. XVIII в. усилилась с одной стороны, английская экспансия в северной части Тихого океана и, с другой — чрезвычайно обострились отношения между Великобританией и ее заатлантическими колониями в Северной Америке (1774 г. — начало войны за независимость США). В связи с этими событиями англичане очень подозрительно отнеслись к «таинственному» предприятию русского правительства и обнаружили повышенный интерес к его засекреченным результатам. Они раздобыли материалы и карты с помощью лейб-медика Екатерины II шотландца Джона Сэмюэла Роджерсона, получившего их с разрешения самой императрицы. В 80–90-х гг. XVIII в. вышли в свет по крайней мере шесть изданий материалов «секретной» экспедиции на четырех языках.