Второй отряд, руководимый лейтенантом флота Дмитрием Овцыным, обследовал акваторию и территорию от устья Оби до Енисея. В 1735 году они вышли на судне «Тобол» из Обдорска (ныне Салехард), но плавание по Обской губе затрудняли льды. Почти все в отряде заболели цингой, четверо умерли. На следующий год им удалось выйти в Карское море, но там встретили непроходимый лёд. Только на третий год на специально построенном для экспедиции боте «Обь-почтальон» и дубель-шлюпке «Тобол» (небольшом парусно-гребном судне с двумя мачтами) под командованием штурмана Ивана Кошелева они первыми совершили плавание от Оби до Енисея. В Карском море встретили кита – событие редкое для этой акватории.
Тем временем геодезист отряда Фёдор Прянишников прошёл по левому берегу Енисея от Туруханска на север больше тысячи вёрст. Он составил первую карту Гыданского полуострова (напротив полуострова Ямал). Это был героический опасный труд в неведомых землях сурового Заполярья.
Овцын отправился в Петербург с докладом о проведённых работах. Его арестовали в Тобольске за общение в Берёзове с опальным князем И.А. Долгоруковым (вскоре казнённым), судили, разжаловали в матросы и отправили на Тихий океан в распоряжение Беринга.
Дальнейшими исследованиями этого отряда руководил штурман Фёдор Минин. Летом 1738 года на «Обь-почтальоне» они прошли из Енисейского залива на восток, но далеко продвинуться не смогли. На следующий год работа сорвалась из-за организационных неполадок и шторма. Зато в 1740 году отряд Минина миновал устье Пясины, открыв несколько мелких островов, и достиг рекордной западной долготы: 75о
15'. До них ещё никто не проходил так далеко на восток в Северном океане.В январе того же года из Туруханска вышла на собачьих упряжках группа под начальством геодезиста штурмана Дмитрия Стерлегова, направилась на север и через два месяца достигла Северо-Восточных островов. Выполнив астрономические определения, отряд, двигаясь на северо-восток, прошёл устье Пясины до мыса позже названного мысом Стерлегова. Была составлена карта западной части полуострова Таймыр. В устье реки Гольчихи, правого притока Енисея, морская и сухопутная группы объединились.
Обследование побережья к западу от устья Лены до Колымы производил отряд лейтенанта Василия Прончищева. В начале 1735 года в Якутске были спущены на воду дубель-шлюпка «Якутск» и палубный бот «Иркутск» под командованием лейтенанта датчанина Питера (Петра) Ласиниуса, руководителя четвёртого отряда Северной экспедиции.
Пройдя вверх по Лене до устья, «Якутск» повернул на запад, к Таймыру, а «Иркутск» на восток.
В составе отряда Прончищева были подштурман Семён Челюскин, геодезист Василий Чекин и жена Проничева Татьяна (первая женщина в полярных экспедициях). Начало маршрута было обнадёживающим. «Якутск» без особых происшествий добрался до устья реки Оленёк. Здесь в небольшом посёлке жили промышленники с семьями, а также было стойбище местного племени. Построив две избы, участники экспедиции и остались на зимовку.
…Племена Крайнего Севера отлично приспособились к суровым местным условиям. То же относится к русским выходцам из Северной Европы. Но не все европейцы были такими. Например, судя по всему, Пронищев, его жена и некоторые члены отряда не пили кровь животных и не ели строганину (стружку с замороженной рыбы), а потому заболели цингой.
В 1736 году из-за тяжелой ледовой обстановки отряд лишь в августе смог выйти в море. Продвигаясь вдоль побережья на запад, они от Хатангской губы направились на север, огибая Таймыр. 17 августа они открыли острова, назвав их именем Петра Первого. Дальнейший путь на север преградили туманы, льды и встречные ветры. Запасы продовольствия оскудели. Обострилась цинга. Пронищев тяжело заболел. Решено было возвращаться на базу.
На обратном пути Василий Пронищев умер, а вскоре скончалась и его жена. Их похоронили на берегу Оленёка. Руководителем отряда стал Семён Челюскин. Зимой он отправился с докладом к Берингу в Якутск. Новым начальником отряда назначили лейтенанта Харитона Лаптева. Работы продолжились летом 1739 года. Но и на этот раз ледовая обстановка затруднила исследования. Им удалось дойти до мыса Св. Фаддея, где поставили маяк «из камня, плиточного, вышиной в полторы сажени».
Благополучно перезимовали в устье Хатанги. В марте следующего года геодезист Василий Чекин на собачьих упряжках по заснеженной тундре направился на северо-запад к озеру Таймыр, а по реке Таймыре к её устью. Он прошёл более ста вёрст, огибая по льду прибрежные острова (архипелаг Норденшельда и остров Русский), думая, что это часть материка. В середине мая Чекин вернулся на базу. А летом «Якутск» Харитона Лаптева, идя вдоль восточного побережья Таймыра, прошёл Хатангский залив, но 15 августа был раздавлен дрейфующими льдами. Команда покинула судно, выгрузила всё снаряжение и провиант на льдину и начали перетаскивать груз на берег. Часть вещей осталась на льдине, которую унесло в море.