Адмиралтейств-коллегия и Морская комиссия остались чрезвычайно недовольны безрезультатным возвращением экспедиции. Чичагова и его спутников обвиняли в том, что они не проявили «ни довольного терпения, ни нужной в таких чрезвычайных предприятиях бодрости духа», что было совершенно несправедливо.
Сановники из Морской комиссии, весьма туманно представлявшие себе Арктику и ее условия, заботились больше о своем престиже и внешнем эффекте от экспедиции. Чего от нее ждали, вполне откровенно высказывает в письме Чичагову граф Чернышев: «буде и действительно вам невозможно путь свой проложить до желаемого места, то хотя, по последней мере, приобретет Россия сколько нибудь чести и славы открытием по сие число известных каких берегов или островов».
В. Я. Чичагов был вызван в Петербург. Так как Ломоносова не было в живых, то в качестве эксперта был приглашен академик Эпинус, физик, представлявший северные моря лишь по литературным данным и имевшимся в его распоряжении картам. Эпинус отметил, что из трех теоретических возможных «проходов» в Тихий океан два (между Сибирью и Новой Землей и между Новой Землей и Шпицбергеном) «неоднократно покушались проехать, но без успеху». «А третий из оных, между Шпицбергеном и Гренландом, никогда старательно осматриван не был, кроме как прошедшего лета». Эпинус крайне пессимистически оценивает возможность найти этот проход. Все же он считал, что приходить в отчаяние не следует, «ибо заподлинно известно, что в северной широте Шпицбергена, море на довольное расстояние, либо никогда не замерзает, либо каждый год открывается».
По рассмотрению представленных Чичаговым рапортов, журналов и карт, а также записки Эпинуса Адмиралтейств-коллегия постановила экспедицию возобновить по тому же маршруту, «дабы в толь славном и полезном предприятии ничего не оставить, и чрез то испытать оного возможность или по крайней мере о совершенной невозможности быть уверенным». Однако никто не позаботился о том, чтобы придать экспедиции исследовательский характер, и Чичагову было лишь указано, что «слава и польза» сего предприятия ему известны.
19(30) мая 1766 года Чичагов вышел из Колы во второе плавание. Подойти к зимовке на Шпицбергене и на этот раз ему не удалось. Чтобы дать о себе знать, Чичагов приказал палить из всех пушек, но на выстрел никто не явился.
На другой день удалось выяснить, что восемь зимовщиков умерли, а Рындин и четверо матросов (находившихся в момент прибытия корабля на охоте) спаслись только благодаря помощи, оказанной им русскими промышленниками-груманланами.
Дальнейшие попытки Чичагова пробиться на север были безуспешны. Корабли все время подвергались страшной опасности погибнуть от сжатия льдов. Крепкий ветер рвал снасти «с превеликим визгом», трепетали паруса, скрипел парус и мачты, шумели и кипели волны, ударявшиеся в корабль и готовые бросить его на плавучую ледяную гору, незаметно приблизившуюся в тумане. В таких случаях командиру оставалось только «иметь неустрашимость, веселой и отважной вид, дабы подчиненные не пришли в отчаяние». И посылать матросов на шлюпках… оттаскивать льдины баграми.
Достигнув 80°30′ северной широты и убедившись в невозможности пройти дальше на север, Чичагов 10(21) сентября возвратился в Архангельск.
Экспедиция Чичагова оказалась бесплодной и не дала научных результатов. На борт ее не был принят ни один естествоиспытатель. В течение обоих плаваний не производилось никаких гидрологических и метеорологических наблюдений, никаких специальных измерений, на чем так настаивал Ломоносов. Задуманный им план арктической экспедиции был сорван и обеспложен правительством Екатерины II и сановниками из Адмиралтейств-коллегий.
Но зароненные им семена не пропали бесследно. С середины XIX века все чаще и настойчивее стали раздаваться голоса о неотложной необходимости для России разрешить проблему Северного морского пути. Горячими поборниками этой идеи выступили выдающиеся русские географы А. И. Воейков и П. А. Кропоткин, энтузиаст севера сибирский купец М. К. Сидоров, пожертвовавший на полярные экспедиции все свое состояние, наконец адмирал С. О. Макаров и великий русский ученый Д. И. Менделеев. Во всех проектах, статьях, докладных записках оживали и воскресали великие идеи Ломоносова, повторялись его доводы и соображения, оправдывались и подкреплялись новыми данными его замечательные предвидения.
Мысли Ломоносова развивал и Д. И. Менделеев в докладной записке «Об исследовании Северного полярного океана», представленной им в ноябре 1901 года: «желать истинной, то есть с помощью кораблей победы над полярными льдами Россия должна еще в большей мере, чем какое либо другое государство, потому что ни одно не владеет столь большим протяжением берегов в Ледовитом океане, и здесь в него вливаются громадные реки, омывающие наибольшую часть империи, мало могущую развиваться, не столько по условиям климата, сколько по причине отсутствия торговых выходов через Ледовитый океан».