С наступлением светлых дней Малыгин вновь направил отряд геодезиста Селифонтова для картографии берегов острова Белого, а сам с людьми, зимовавшими в Обдорске, в начале мая возвратился к месту зимовки и начал готовиться к дальнейшему плаванию.
В начале июня река Кара вскрылась, но море еще было покрыто льдом, и суда до 1 июля 1737 года задержались в устье Кары, где картографировали берега. 4 июля, когда ледовая обстановка несколько улучшилась, суда продолжили путь и 9 июля достигли южной части Байдарацкой губы. Здесь отряд находился несколько дней, производя измерение глубин и наблюдая приливо-отливные явления. 12 июля суда снялись с якоря, достигли берегов Ямала и вдоль них стали пробиваться на север. К 18 июля Малыгин достиг устья реки Юрибей, а через три дня прошел Мутную губу и Шараповы Кошки и к утру 23 июля вышел в пролив, отделяющий полуостров Ямал от острова Белого (теперь пролив Малыгина). Здесь он встретился с Селифонтовым, от которого узнал, что картографирование северных берегов острова не выполнено из-за отсутствия на острове корма для оленей.
Сильный встречный ветер и течения, частые туманы, трудность лавирования в узком проливе, изобиловавшем многочисленными отмелями, надолго задержали Малыгина в этом районе. Однако он не терял времени даром: отряд изучил течения, характеристики морских вод, во многих местах измерил глубину пролива, определил широту и долготу места.
Только 16 августа, при сильном северо-западном ветре, отряд смог продолжать путь на восток и через сутки, обогнув Ямал, вошел в Обскую губу. Впереди лежало свободное ото льда море, и Малыгин беспрепятственно продвигался на юг, нанося на карту западные берега Обской губы.
11 сентября Малыгин достиг устья Оби. Работы отряда приближались к концу. 1 октября суда прибыли в Березов и стали на зимовку.
Здесь Малыгин разместил участников экспедиции по квартирам, передал командование отрядом лейтенанту Скуратову, а сам отправился в Петербург докладывать Адмиралтейств-коллегий о проделанной работе.
За время плавания отряд Малыгина описал и нанес на карту все побережье от Югорского Шара до устья Оби, определил широты нескольких пунктов, произвел наблюдения над состоянием льдов, течениями, приливами и земным магнетизмом, определил судоходность впадающих в Карское море и в Обскую губу рек, измерил глубину моря и Обской губы, установил возможность богатого промысла белухи и другого морского зверя в прибрежной полосе Карского моря и в Обской губе и собрал много других полезных сведений.
Оценивая работу С. Г. Малыгина и его спутников, известный русский мореплаватель Ф. П. Литке писал:
«…Препятствия физические были столь велики, а, напротив, средства, им данные, столь недостаточные, что более должно удивляться тому, что совершено ими, нежели тому, что не сделано».
Нельзя забывать, что экспедиция была снабжена весьма примитивными мореходными инструментами, что методы наблюдений в то время были далеко не совершенными. И, несмотря на это, С. Г. Малыгину удалось составить первую карту, которая давала более или верное представление о побережье Северного Ледовитого океана от Югорского Шара до устья Оби. Эта карта была использована при составлении сводной карты Великой Северной экспедиции, а очертания южных берегов Карского моря в том виде, как они были определены Малыгиным, в течение долгого времени сохранялись на картах мира. Интересные и весьма разносторонние географические сведения, собранные Малыгиным о крае, до этого еще мало известном науке, принесли ему вполне заслуженную славу выдающегося полярного исследователя и мореплавателя. Большая их часть до сих пор не утратила своего значения.
В феврале 1738 года Малыгин прибыл в Петербург, привезя с собой материалы работ отряда (журналы, карты и записи). 9 марта Малыгин доложил Адмиралтейств-коллегий о результатах научных наблюдений и исследований и представил на утверждение отчет об израсходовании денег и продовольствия. Адмиралтейств-коллегия высоко оценила результаты работ Малыгина и поручила профессорам Морской Академии составить на основании представленных им записей «экстракт», полезный для мореплавания. Характеризуя плодотворную и успешную деятельность Малыгина как полярного исследователя, Ф. П. Литке писал, что Малыгин исполнил все,