Четвертый, Ленско-Камчатский отряд получил очень широкое основное задание — описать северные берега Азии на восток от Лены до пролива, ведущего в Тихий океан, если такой пролив существует. Адмиралтейств-коллегия, конечно, знала о плаваниях Первой Камчатской экспедиции и Федорова — Гвоздева, но, видимо считала их результаты недостаточно убедительными, так как они не доходили до устья Колымы. Начальником отряда был назначен швед Питер Ласиниус. В июле 1735 г. он на боте «Иркутск» с командой в 52 человека спустился из Якутска по Лене, вышел 7 августа в море и повернул на восток. Уже 14 августа тяжелые льды заставили «Иркутск» отступить. Бот зашел в губу Буор-Хая, в устье р. Хара-Улах, где стал на зимовку. Осенью Ласиниус направил в Якутск четверых людей с рапортом и картой. С наступлением холодов он сократил рацион, вскоре началась цинга, и 19 декабря он же стал ее первой жертвой; к весне 1736 г. умерли еще 39 зимовщиков. Об этом трагическом событии нарочным удалось сообщить в Якутск.

После смерти П. Ласиниуса во главе отряда В. Беринг поставил лейтенанта Дмитрия Яковлевича Лаптева, двоюродного брата X. Лаптева. 31 мая 1736 г. он вышел из Якутска на трех дощаниках с провиантом и снаряжением, спустился по Лене до устья. Оставив здесь груз, отряд прошел до зимовки Ласиниуса. На заново оснащенном «Иркутске», захватив девятерых уцелевших, Д. Лаптев вернулся к устью Лены за припасами. 11 августа он вновь вышел в море и продвинулся до 73° 16' с.ш., но через три дня из-за сплошного льда отступил. Зимовал отряд на нижней Лене. Летом 1737 г. Д. Лаптев привел бот в Якутск и 16 августа поехал в Петербург за инструкциями. На обратном пути из Иркутска в сентябре 1738 г. Д. Лаптев направил своему заместителю штурману Михаилу Яковлевичу Щербинину распоряжение подготовить к морскому походу бот, забросить в дельту Индигирки продовольствие и выполнить по сухопутью ряд исследований. Согласно этому приказу, геодезист Иван Киндяков весной 1739 г. заснял бухту Буор-Хая и побережье моря до дельты Яны на протяжении 500 км, а солдат Алексей Лошкин положил на карту берег между Яной и мысом Святой Нос (около 500 км).

Вернувшись весной 1739 г., Д. Лаптев спустился на «Иркутске» по Лене и 21 июня Быковской протокой вышел из дельты на восток, лишь через месяц добрался до мыса Буор-Хая, преодолевая за день около 5 км. Затем судно попало в узкий канал с плавающими льдинами между побережьем и мощным льдом. В двадцатых числах августа с попутным ветром Д. Лаптев прошел в Восточно-Сибирское море проливом, позже названным его именем. 7 августа на подходе к проливу и 16 августа в проливе к северу от курса судна Д. Лаптев усмотрел два маленьких островка, получивших названия о. Меркурия и о. Диомида, и нанес их на карту. Он установил также, что мыс Святой Нос расположен не на 76°20' с.ш., как было показано на имевшейся у «его карте, а на 72°50' с.ш., т. е. на 400 км южнее, и в начале сентября достиг устья Индигирки. Наступившие морозы захватили бот в ледяной плен, и Д. Лаптев решил зимовать в низовьях реки. Здесь произошла неожиданная встреча: сухопутная партия И. Киндякова, заснявшего летом побережье от Святого Носа до Индигирки (500 км), погибая от голода и холода, уже не надеялась на спасение. Из пункта зимовки осенью 1739 г. для изучения территории Д. Лаптев организовал несколько съемочных партий: А. Лошкин заснял берег от Индигирки до р. Алазеи (400 км), М. Щербинин — Яну, И. Киндяков — Индигирку, а сам Лаптев — р. Хрому. И. Киндяков и А. Лошкин положили на карту побережье северных морей на протяжении 2400 км, причем доля Киндякова составила 1500 км, выяснили, что на этом пространстве берег «самый низкий и мокрый, и на… [нем], как в болоте, сухой земли сыскать не можно». Это были первые достоверные указания на существование Яно-Индигирской и Колымской низменностей. К началу декабря Д. Лаптев составил карту обследованного огромного региона и вместе с материалами описи рек и побережья, а также выписками из судового журнала направил с А. Лошкиным в Петербург; тот быстро доставил их. Весной 1740 г. Киндяков описал берег от Алазеи до Колымы (500 км) и отметил его низменный плоский характер.

В июне 1740 г. с помощью команды из 85 человек из местных Д. Лаптев освободил бот из ледового плена, выведя его по пробитому во льду каналу на чистую воду, но лишь в августе, не задерживаясь у устья Колымы, двинулся на восток. Через 100 км, у мыса Большой Баранов (близ 164° в.д.), судно остановили льды — пришлось вернуться и 23 августа в Нижнеколымском остроге стать на пятую зимовку (для оставшихся в живых спутников П. Ласиниуса она оказалась шестой). И вновь Д. Лаптев организует исследовательские партии: осенью 1740 г. М. Щербинин заснял путь с Колымы по ее притоку Большой Анюй через горы в бассейн Анадыря, в то же время И. Киндяков описал Колыму от устья до верхнего течения.

Летом 1741 г. Д. Лаптев еще раз попытался обогнуть морем Большой Баранов мыс и, хотя теплая погода установилась рано, вновь потерпел неудачу. Тогда он решил закончить морскую часть экспедиции и, ведя опись побережья с судна, вернулся в Нижнеколымск, где доработал карту изученной территории. Общая длина заснятой его отрядом береговой линии составила 2,5 тыс. км. В конце октября 1714 г. Д. Лаптев, отправив в Петербург продолжительное время болевшего М. Щербинина с картой, перебросил свой отряд на собаках по р. Большой Анюй на верхнее течение Анадыря и 17 ноября прибыл в Анадырский острог. Зимой того же года Д. Лаптев направил партию, выполнившую съемку пути от Анадыря до Пенжинской губы. Летом 1742 г. вместе с И. Киндяковым он описал Анадырь до устья и осенью вернулся через горы в Нижнеколымск.