К тому времени Невельской, приезжавший в Петербург с Муравьёвым, уже возвращался обратно, на берега Тихого океана. В навигацию 1851 года вместе со своими подчинёнными, лейтенантом Н.К. Бошняком, штурманским прапорщиком А.И. Ворониным, а позднее с мичманом Н.M. Чихачёвым и другими офицерами, он обустроил Николаевский пост и Петровское. В последующие годы помощники Невельского, поочерёдно отправляясь в дальние поездки по окрестным землям, исследовали достаточно обширную территорию вокруг устья Амура, включая и его южные берега, ступать на которые формально запрещалось. Постепенно налаживались отношения российских моряков с гиляками и маньчжурскими купцами, доставлявшими по Сунгари и Амуру пшено, рисовую водку, табак, ткани и другие товары. Однако торговля шла не очень бойко, да к тому же требовала больших расходов. Российско-американская компания отнюдь не торопилась снабжать действовавшую под её же прикрытием экспедицию, и последняя нередко страдала от недостатка продовольствия и припасов. Люди болели, умирали. Отчасти их выручали гиляки, снабжавшие черемшой, кореньями, свежей рыбой и олениной. Так шёл месяц за месяцем, но китайцы в низовьях Амура не показывались.
Ссылаясь на это обстоятельство, Муравьёв в январе 1852 года ходатайствовал о преобразовании Амурской экспедиции в правительственную и об увеличении её состава. Против выступил Нессельроде, настаивавший на крайней осторожности действий. Лишь в марте 1853 года, воспользовавшись ухудшением отношений между Россией и западными державами, спровоцированным посольством князя Меншикова в Константинополь, генерал-губернатор сумел добиться своего. Он подал императору обширную записку, в которой помимо уже поставленных вопросов был поднят и вопрос о необходимости заявить свою претензию на весь левый берег Амура. Николай I согласился с большинством предложений Муравьёва, включая предоставление начальнику Амурской экспедиции прав военного губернатора. Но если Невельской ещё в начале того года, на свой страх и риск, распорядился основать посты в заливе Де-Кастри и у озера Кизи, то ведомство Нессельроде всячески затягивало начало переписки с Китаем. Впрочем, нет худа без добра: когда в мае на Амур пришло известие о подготовке американцами двух миссий, дипломатической — в Японию и научной — к северным берегам Тихого океана, начальник экспедиции поспешил выслать людей на юг от Де-Кастри, с приказанием везде объявлять о принадлежности этой территории России. 6 августа 1853 года лейтенант Бошняк основал в заливе Хаджи новый пост, названный Константиновским. Столь самовольные действия, противоречившие инструкциям и взглядам руководителя внешнеполитического ведомства на Нерчинский договор, конечно, болезненно воспринимались последним.
В начале 1853 года правительство решило ради обеспечения безопасности амурского устья занять Сахалин. Невельской, и в этом случае опередивший Петербург, уже посылал на остров Бошняка, осмотревшего к весне 1851 года окрестности залива Дуэ и реки Тыми с богатыми залежами угля. Однако в столице не затухала прежняя борьба партий, и Нессельроде настоял на исполнении решения средствами Российско-американской компании. Её руководство, в свою очередь, предложило поручить это сложное предприятие Невельскому, соглашаясь обеспечить его судами и припасами, а когда дело наладится — передать заведование им своему служащему, лейтенанту И.В. Фуругельму. План компании, изложенный в записке от 13 марта 1853 года, предполагал строительство двух больших укреплений на западном и южном берегах острова, а также нескольких малых21
. В соответствии с ним Невельской послал на западный берег подпоручика Е.Г. Орлова, 30 августа основавшего Ильинский пост. Однако уже в сентябре, отправившись на Сахалин с основным составом экспедиции, он предпочёл сосредоточить все силы на южной оконечности острова и выбрал местом главного укрепления японское поселение Тамари-Анива. 25 сентября Невельской заложил там Муравьёвский пост и, поручив командование Сахалинской экспедицией майору Н.В. Буссе, вернулся в Петровское.