На льдине размером 3 × 5 километров, толщиной 3 метра остались четверо исследователей, которых впоследствии стали называть по фамилии начальника «папанинцами»: Ширшов, Федоров, Кренкель, Папанин. В распоряжении полярников были палатки для жизни и работы, две мачты радиостанций, соединенные антенной, ледяные склады, метеорологическая будка, теодолит для измерения высоты солнца, необходимого при определении местонахождения лагеря и скорости дрейфа льда.
На льдине для членов экспедиции началась тяжелая, упорная борьба с природой за выживание и ежедневные непрерывные наблюдения. В программу научных работ «Северного полюса-1» входили наблюдения по метеорологии, океанологии, земному магнетизму, гравиметрии и астрономические определения, наблюдения над прохождением коротких радиоволн в высоких широтах Арктики. Однако преимущественное внимание оказывалось льду и морским глубинам.
Каждый день пребывания на Северном полюсе приносил исследователям открытия, и первым из них была глубина воды подо льдом в 4290 метров.
На спасение полярников были направлены ледокольные пароходы «Мурман» и «Таймыр», которые и сняли их 19 февраля 1938 г. в нескольких десятках километров от берегов Гренландии. За 274 дня дрейф льдины с лагерем составил 2500 километров. 15 марта членов станции «Северной полюс-1» доставили в Ленинград (ныне Санкт-Петербург).
За девять месяцев работы члены станции «Северный полюс-1» собрали уникальный для того времени научный материал, который впервые в истории дал возможность получить достоверные данные о природе Северного полюса и процессах, происходящих на этой территории. Метеосводки со станции не только давали краткосрочные прогнозы, но и позволяли сделать важные выводы о характере атмосферных процессов в центре Арктики. Впервые были получены надежные экспериментальные данные о параметрах атмосферы и океана в центральных районах Арктики. В результате проведенных наблюдений было установлено, что теплые атлантические воды глубинным течением проникают к Северному полюсу, что опровергло представление о безжизненности приполярного региона.
Станция «Северный полюс-1» открыла новую эпоху в исследовании Арктики, доказав практическую возможность и целесообразность проведения широкого комплекса наблюдений с дрейфующего льда на регулярной основе.