Посетив остров Виктория, экспедиция повернула обратно на запад. Поначалу отряд двигался вдоль берега моря. Вблизи Пойнт-Стивенса были произведены обширные раскопки древних поселений и захоронений. Стефансону и Андерсену удалось найти множество стрел, копий и гарпунов с медными наконечниками, а также разные изделия из китового уса, моржовой кости и оленьего рога, медные котелки и сосуды-светильники. Исследователи извлекли из раскопов большое количество глиняных черепков. Последняя находка положила конец многочисленным спорам ученых о наличии у эскимосов зачатков гончарного дела.
За пять лет путешественники преодолели несколько тысяч километров, большей частью по еще неизученным территориям. Благодаря дружескому отношению к эскимосам, знанию их языка и обычаев, Стефансону удалось собрать бесценный этнографический материал.
Осенью 1912 года пассажирский пароход доставил Стефансона из аляскинского порта Ном в порт Сиэтл. События своей второй полярной экспедиции Вильялмур описал в книге "Моя жизнь с эскимосами" (1913).
Вскоре Стефансон организует "Канадскую арктическую экспедицию" с целью изучения тогда еще мало известного моря Бофорта.
Весной 1913 года участники Канадской арктической экспедиции вышли в море на трех кораблях. В ее составе были геологи и антропологи, биологи и зоологи, океанографы и метеорологи. Экспедиция разделилась на несколько отрядов. Она продолжалась пять лет.
Стефансон возглавлял географический отряд, базирующийся на судне "Кар-лук", капитаном которого был Роберт Бартлет. 27 июля 1913 года "Карлук" вышел из Нома, но уже в конце августа у северных берегов Аляски лег в дрейф, который закончился для корабля ледовым пленом - "Карлук" вмерз в лед в Бухте Харисон.
Когда запасы свежего мяса подошли к концу, Стефансон вместе с антропологом Дженесом, метеорологом Макконеллом, фотографом Уилкинсом и двумя охотниками отправился на охоту на близлежащий остров. С собой они взяли небольшой запас продовольствия, двое старых саней и шесть собак.
На второй день пути по ледяным торосам Стефансон и его спутники достигли острова, расположенного на пути к материку. На следующий день наблюдатель заметил, как зажатого льдами "Карлука" разворачивает и медленно сносит против ветра в восточном направлении. Спустя еще день корабль исчез из вида. Позднее выяснилось, что "Карлук" затонул. Из 25 человек, находившихся в тот момент на его борту, спаслось лишь 17.
Стефансону и его спутникам пришлось возвращаться на основную базу экспедиции пешком. Обратный путь оказался долгим и трудным.
Полгода длилась эта необычная "полярная робинзонада". Все эти полгода от смельчаков не было никаких вестей, и в экспедиции уже считали Стефансона и его спутников погибшими. В печати появились сообщения, что "один безумец и обманутые им люди пошли по морскому льду на север с целью самоубийства". А один из полярников писал:
Но энергия, воля и знания Стефансона помогли маленькой группе с честью выйти из всех испытаний: ученый привел своих спутников к намеченному месту, выполнив всю программу исследований.
Отряд Стефансона совершил 93-дневный ледовый переход - частью по льду, частью на дрейфующей льдине - от мыса Мартин (на северо-востоке Аляски) к острову Банкс, где и перезимовал. В 1915 году путешественники перешли на санях на север через пролив Мак-Клур к острову Принс-Патрик и завершили его обследование. Даже в этих ледяных пустынях Стефансон смог прокормить себя и своих спутников ловлей тюленей и охотой на птиц.
Во второй половине июля охотник Сторкерсон увидел к северо-востоку от Принс-Патрика "Землю Борден". Вместе со Стефансоном они высадились на ее юго-западном берегу, а затем переправились через "залив" на другую часть, позднее названную островом Маккензи-Кинг. Вернувшись на остров Банкс, они впервые пересекли центральную часть этого большого острова, а затем зазимовали на северо-западном берегу Виктории. Весной 1916 года Стефансон обошел кругом западную часть "Земли Борден", установив, что это остров (Брок), но пролив (Уилкинс) принял за залив и потому "слил" северную часть (остров Борден) с южной (остров Маккензи-Кинг).