В 1785 г. русское правительство отправило в северную часть Тихого океана Северо-восточную секретную географическую и астрономическую экспедицию, начальником которой был назначен Иосиф Иосифович Биллингс (о нем мы писали в гл. 3). Он пригласил 22-летнего лейтенанта Гавриила Андреевича Сарычева, чьи талантливые труды принесли славу экспедиции.

И. Биллингс должен был пройти в Тихий океан из Колымы через Берингов пролив. В 1785 г. экспедиция проехала через Сибирь в Якутск. Оттуда в конце января 1786 г. Г. Сарычев проследовал к Оймякону на р. Индигирке, а затем через горы на юг и по долине р. Охоты в конце марта достиг Охотска. Наблюдения в пути из Якутска в Охотск позволили ему составить первую орографическую схему пройденной территории: на правобережье р. Алдана он отметил три горных хребта и первый верно определил их меридиональное простирание, но посчитал короткими; восточнее он выделил четвертый, ошибочно включив в единую длинную цепь северную часть Сунтар-Хаята и Юдомский хребет наших карт.

В начале июля в Охотск прибыл И. Биллингс и направил Г. Сарычева в Верхнеколымский острог — предполагалось, что для строительства судов там удастся найти более качественный лес, чем в окрестностях Охотска. Почти весь август Г. Сарычев добирался до р. Индигирки, а после переправы через нее двинулся на северо-восток и пересек хребет «отменной высоты против всех виденных нами… простирается |он] грядою… к северо-западу». Сарычев отметил пологий западный и крутой восточный склоны этого хребта (Тас-Кыстабыт наших карт). Затем его отряд форсировал р. Неру, правый приток Индигирки, а через 100 км перевалил еще один высокий безлесный хребет (Улахан-Чистай) шириной чуть более 20 км. Через несколько дневных переходов Г. Сарычев перешел р. Мому (бассейн Индигирки), почти высохшую в это время, и по долине р. Зырянки, принадлежащей уже бассейну р. Колымы, пересек третий хребет (Момский) шириной, по его наблюдениям, более 100 км, что близко нашим данным. 14 сентября Г. Сарычев прибыл в Верхнеколымск. Итак, он выяснил, что в Индигиро-Колымском междуречье расположен ряд горных цепей. Иными словами, он положил начало открытию горного сооружения, позднее получившего имя И.Д. Черского, который прошел почти тем же маршрутом 105 лет спустя.

На заложенных во время зимовки двух судах И. Биллингс и Г. Сарычев спустились по р. Колыме к устью. Здесь Г. Сарычев произвел астрономические определения и установил, что на имевшихся в его распоряжении картах берег показан почти на 2°, т. е. немногим более 200 км севернее его истинного положения. 24 июня 1787 г. он и И. Биллингс вышли в море. В июле они трижды пытались обогнуть Чукотский п-ов, но из-за тяжелых льдов продвинулись на восток лишь немногим дальше мыса Большой Баранов. Высадившись там на берег, Г. Сарычев нашел и раскопал древние жилища приморских зверобоев (шелагов). Это были первые предпринятые с научной целью раскопки древних памятников Арктики. Он обратил внимание на небольшие и нерегулярные колебания уровня моря у мыса Большой Баранов и «поведение» льдов, оставшихся у побережья после двухдневного шторма. Из этих наблюдений Г. Сарычев сделал вывод о существовании к северу на небольшом расстоянии какой-то земли. Ряд историко-географов считает, что он таким образом предсказал открытие о. Врангеля. Однако остров этот находится от мыса на значительном расстоянии (550 км) и не к северу, а к востоко-северо-востоку. Правда Г. Сарычев записал сообщение участника экспедиции армейского капитана Тимофея Ивановича Шмалева, передавшего рассказы чукчей об обитаемой «матерой земле, лежащей к северу, не в дальнем расстоянии от Шелагского Носа…». С некоторой натяжкой можно предположить, что речь шла об о. Врангеля. В апреле — мае 1787 г. Т. Шмалев поднялся по р. Гижиге (впадает в одноименную губу Охотского моря) на Колымское нагорье и перевалил в верховья р. Омолон. Он проследил почти все течение (длина 1114 км) этого крупнейшего притока р. Колымы и составил его карту.

28 сентября экспедиция во главе с Г. Сарычевым (И. Биллингс то отправлялся первым, то нагонял остальных) выехала из Среднеколымска на запад через болотистую и лесистую местность, богатую озерами (Колымская низменность), верховья р. Алазеи и «гористые лесные места» (Алазейское плоскогорье). К) октября при очень сильных морозах она достигла р. Индигирки у устья р. Валярихи (близ 68° с.ш.). «Лесами и озерами», т. е. по Абыйской низменности, Г. Сарычев прошел вверх по долине сильно меандрирующей здесь р. Индигирки и вскоре вновь вступил в область «высоких гор» — северное окончание Момского хребта. Несколько дней он и его спутники провели в г. Зашиверске, расположенном на р. Индигирке примерно у 07°30' с.ш. (ныне не существует). 22 октября экспедиция двинулась на юго-запад и на пятый день достигла «отменно высоких безлесных хребтов, продолжающихся грядою… к северо-западу…». Сарычев верно указал, что эти «страшные каменные утесы.. имеющие величественный вид», служат водоразделом pp. Индигирки и Яны. Таким образом он вторично, но гораздо севернее, пересек хребет Черского.

30 октября Г. Сарычев вышел к p. Hue и повернул на юг, а в середине ноября подошел «к самой вершине реки Яны и к… высокому безлесному хребту, называемому Верхоянский». В действительности он проследил всю р. Сартанг, восточную составляющую р. Яны, до истоков. Он отметил отлогость северного склона хребта и чрезвычайную крутизну противоположного; «страх видеть под ногами неизмеримую пропасть принуждал нас спускаться иногда ползком». По р. Тукулан (впадает в р. Алдан у 132º в.д.) и меж дуречью Алдан — Лена экспедиция прибыла в Якутск 24 ноября. По горам и низменностям Якутии Г. Сарычев проделал более 3 тыс. км на лошадях, оленях, собачьих упряжках и пешком. Он не сделал никаких научных выводов из своих сухопутных наблюдений, но его с полным основанием можно считать первооткрывателем хребта Черского и первым последователем Верхоянского горного сооружения.

В начале сентября 1788 г. экспедиция сухим путем вернулась в Охотск, где в это время строились два корабля. Г. Сарычев в апреле 1789 г. описал на байдарах берег Охотского моря от Охотска до р. Улкан (около 450 км — в восемь дней), причем обнаружил два небольших залива Феодота и Федора. Продолжая позднее работу до залива Алдомы, он в июне неожиданно встретился с морским офицером Иваном Константиновичем Фоминым, описавшим на байдаре берег от Удской губы до р. Алдомы. Так в 1789 г. была произведена опись всего западного побережья Охотского моря (около 800 км).

Осенью 1789 г. на корабле «Слава России» И. Биллингс и Г. Сарычев вышли из Петропавловска, отклонились от курса из-за крепкого восточного ветра и случайно открыли необитаемый небольшой скалистый о. Св. Ионы. В мае — октябре 1790 г. «Слава России» ходила в залив Аляска, к о. Каяк и вернулась в Петропавловск. Летом 1791 г. корабль перешел к Уналашке, а оттуда — на север, к о. Св. Матвея. Г. Сарычев открыл к северо-западу небольшой о. Холл и обследовал пролив, отделяющий его от Св. Матвея (пролив Сарычева). Далее на севере экспедиция осмотрела о. Св. Лаврентия, американский берег Берингова пролива и о-ва Диомида.

У Чукотского берега, в заливе Лаврентия, И. Биллингс сдал командование «Славой России» Г. Сарычеву, а сам отправился сухим путем исследовать Чукотский п-ов: отказавшись от мысли обойти его на судне и действуя в соответствии с указом Екатерины II, он перебрался с небольшим отрядом на байдарах в соседнюю Мечигменскую губу. По его распоряжению сержант-геодезист Алексей Гилев обогнул на байдаре восточный берег Чукотки от этой губы до мыса Дежнева, прошел пешком через мыс, а затем — на байдаре и пешком — впервые описал около 500 км северного берега Чукотки почти до Колючинской губы. Все ее берега он обследовал несколько позже — глубокой осенью.

Сам же И. Биллингс с отрядом зимой 1791/92 г. в сопровождении Н. Дауркина прошел на оленях через Чукотский п-ов до Нижнеколымска. Его маршрут длиной более 1,5 тыс. км (съемку вел штурман Антон Батаков) подтвердил данные Д. Павлуцкого, что эта территория «заполнена» горами. Разобраться в их нагромождении И. Биллингс, естественно, не смог, но первый отметил «горы удивительной вышины». Действительно, к югу от р. Кувет, притока р. Пегтымель (И. Биллингс прошел по ее долине более 150 км в середине декабря 1791 г.), а также в верховьях Малого и Большого Анюев (он побывал там в конце января — середине февраля 1792 г.) уже в наше время обнаружено несколько вершин от 1500 до 1853 м. И. Биллингс форсировал множество рек и указал, что они имеют горный характер. По возвращении в Петербург И. Биллингс написал отчет об экспедиции (три книги), переведенный на русский язык (до настоящего времени не издан). По материалам съемки А. Батакова И. Биллингс составил маршрутную карту, с незначительными изменениями служившую основой всех карт внутренней части Чукотского п-ова до 1931 г.

Между тем Г. Сарычев в конце августа 1791 г. возвратился на о. Уналашка. В Петербург моряки вернулись в 1794 г. Работу экспедиции Г. Сарычев изложил в двух томах, которые стали образцом описаний для мореплавателей первой половины XIX в.