Руководителю первой русской кругосветной экспедиции шёл тогда всего лишь тридцать первый год, за плечами были многие годы плаваний. В его послужном списке факт назначения на эту многотрудную и почётную должность записан так: «Избранием (именно избранием, а не назначением. —
Сам Муловский тем временем находился в Архангельске, готовя к переходу на Балтику только что построенный линейный корабль. Вскоре после решения коллегии его срочно отозвали в столицу. Надо ли говорить, как обрадовался капитан. В Санкт-Петербург как на крыльях летел! А там сразу за дела! Дел-то хватало…
Вначале хотели было снаряжать в экспедицию фрегат «Африка», но затем оставили эту затею. Фрегат находился в строю уже более двадцати лет, ещё в Чесменском сражении участвовал, пришёл в ветхость. По настоянию Муловского было решено отбирать в экспедицию суда надёжные, а размерениями почти такие же, как у английского капитана Кука. Всего в экспедицию было определено пять судов: два побольше — «Холмогоры» и «Соловки», два поменьше — «Сокол» и «Турухтан» — да транспортное судно «Смелый» для отвоза в Охотский порт крепостной артиллерии и других нужных вещей.
В указе о задачах экспедиции Муловского значилось: «…Объявить официально о наших открытиях у северо-западных берегов Америки и тем утвердить право на обладание открытых земель… Но как таковое объявление без существенного подкрепления едва ли достаточным будет, а может ещё некоторым образом подвергнуть и достоинство двора, то завести на том море несколько военно-морских судов, которые б могли на самом деле выполнить запрещение…»
Тогда же определили маршрут плавания: через Атлантику, мимо мыса Доброй Надежды, Индийским океаном и вдоль китайского побережья к восточной оконечности России. По ходу плавания было предписано «обойти и описать все малые и большие острова… причислить формально ко владению Российского государства, поставя или укрепя гербы и зарыв медали в пристойном месте».
Капитаном «Соловков» был назначен капитан 2-го ранга Алексей Михайлович Киреевский — опытный, волевой офицер, участник Первой Архипелагской экспедиции. Капитаном «Сокола» — капитан-лейтенант Ефим Карлович фон Сиверс, плававший ранее в Ост-Индию на английском судне. Неоднократно совершали дальние плавания капитаны «Турухтана» и «Смелого» капитан-лейтенанты князь Трубецкой и Сарычев. Командование «Холмогорами» взял на себя сам начальник экспедиции.
Остальных офицеров подбирал уже Муловский. При этом особое внимание он обращал на опыт дальних плаваний, теоретическую подготовку и особенно — на умение вести опись побережий и островов.
Третьего февраля 1787 года Муловский представил в Адмиралтейств-коллегию список штаб- и обер-офицеров, изъявивших желание отправиться в дальний вояж. В него вошли, не считая офицеров «Смелого», четыре штаб-офицера, двенадцать лейтенантов, десять мичманов и один «морской артиллерии констапель».
По такому же принципу вёлся и отбор нижних чинов. Подавляющее большинство их являлось участниками средиземноморских походов. Общее число участников экспедиции составило 545 человек.
Суда экспедиции усиленно готовились к плаванию. Днища обшивали медью, меняли рангоут и такелаж, укрепляли корпус. Отправиться в плавание предполагалось осенью 1787 года. В декабре планировался выход судов экспедиции из Англии. Далее намечалось проследовать к мысу Доброй Надежды, пополнить запасы и взять курс к дальневосточным берегам. На подходах к ним транспортное судно «Смелый» должно было отделиться от отряда и самостоятельно следовать в Петропавловск-Камчатский с орудиями для крепостной артиллерии.
Специальным указом Екатерины II предусматривалось поощрение начальника экспедиции. «…Когда пройдёт он Канарские острова, — говорилось в указе, — да объявит себе чин бригадира; достигши мыса Доброй Надежды, возложить ему на себя орден Святого Владимира 3-го класса; когда дойдёт до Японии, то и получит уже чин генерал-майора». На монетном дворе спешно изготовлялись «потребные гербы для ознаменования открытия островов…»
Особое внимание было уделено подготовке к научной работе. Известный российский естествоиспытатель и путешественник Пётр Паллас разработал при участии Муловского инструкцию по предстоящим наблюдениям. Для научной цели решено было пригласить участника третьей экспедиции капитана Кука профессора Георга Форстера, проживавшего тогда в Вильно.
Для переговоров с Форстером выехал сам Муловский. Переговоры имели успех. Знаменитый профессор не только согласился отправиться в кругосветное плавание как натуралист, но и вызвался добровольно возложить на себя обязанности ботаника и историографа экспедиции. Единственно, что смущало профессора, так это финансовый вопрос.