Ломоносов стремился вооружить экспедицию всеми доступными в то время техническими средствами. В частности, для борьбы со льдами, которые будут затирать судно, он советует применять те же способы, что и в горном деле при взрывных работах. «Для скорейшего и сильнейшего разбивания льда уповаю я, что весьма служить будет порох, таким образом, как рассекаются в рудокопных ямах каменные горы. Того ради должно на всяком судне иметь буравы, подобные горным, чем бы лед просверливать». В просверленные на льду дыры он советовал вставлять патроны с фитилями. Конечно, при наших современных знаниях о том, что представляют собой льды глубокой Арктики, предложение Ломоносова взрывать порохом льды, наступающие на корабль, может показаться нереальным. Но в нем сквозит ломоносовская мысль о том, чтобы попытаться с помощью техники пробить себе дорогу во льдах. Через много лет взрывчатым веществам придавал значение и Д. И. Менделеев, который писал: «Если силою техники прорываются первозданные породы в массиве гор, то лед не может удержать людей, когда они применят надлежащее средство для борьбы с ним» (1901). Несомненно, та же идея руководила в свое время и Ломоносовым.
9 июня 1764 года Адмиралтейств-коллегия направила в канцелярию Академии наук предписание о приготовлении необходимого числа подзорных труб, магнитных стрелок, термометров и барометров, которые было велено изготовить по указанию Ломоносова. Профессору С. Румовскому было поручено «сочинить» таблицы расстояний Луны и Солнца «на всякий Санкт-Петербургский полдень». Ломоносов организует в академической обсерватории астрономическую подготовку штурманов — участников экспедиции. Занятия с ними вели Н. Попов и А. Красильников. Следует отметить, что этот почин Ломоносова превратился в традицию. Занятия по астрономии с морскими офицерами велись в Академии наук не только во второй половине XVIII века, когда ими руководил П. Б. Иноходцев, но продолжались до самого основания Пулковской обсерватории в 1839 году.
Ломоносов входил в каждую мелочь снаряжения экспедиции. Для команды были нашиты добротные овчинные шубы, треухи на голову, бахилы и рукавицы с варегами. По указанию Ломоносова, «сверх обыкновенной регламентной дачи» были заготовлены и взяты всевозможные противоцынготные средства.
Ломоносов принимает близко к сердцу и личные интересы людей. Он настаивает на том, чтобы при благополучном окончании плавания главному командиру было дано флагманство, всем обер — и унтер-офицерам «произвождение через два ранга», «матросам и другим всем нижним чинам тройное жалованье, как и в сем пути, так и по желаемом совершении оного до смерти». «Кто в сем путешествии, — оговаривает Ломоносов, — от тяжких трудов, от несчастия или от болезни, в морском пути бывающей, умрет, того жене и детям давать умершего прежнее рядовое жалованье, ей до замужества или до смерти, а им до возраста». Кроме того, Ломоносов предусматривает награды тем, кто покажет «чрезвычайную услугу», а также советует обещать «особливое награждение» тому, «кто первый увидит Чукотский Нос или берег близь проходу в Камчатское море».
К концу лета 1764 года корабли для экспедиции были готовы и отправлены на Колу, где простояли зиму. Летом того же года капитан-лейтенанту М. Немтинову было поручено построить базу для экспедиции на Шпицбергене, куда были доставлены на шести судах десять предварительно разобранных изб, баня и амбар, завезены различные припасы и остальная партия зимовщиков во главе с лейтенантом Рындиным, которая должна была дождаться прибытия экспедиции.
Все время, пока шла подготовка к экспедиции, Ломоносов разрабатывал обстоятельную «примерную инструкцию морским командующим офицерам», в которой не только определял их обязанности в соответствии с целями и задачами экспедиции, но и давал множество практических советов, предусматривающих различные обстоятельства полярного плавания.
Первый проект инструкции Ломоносов представил Адмиралтейств-коллегии уже 25 июня 1764 года. Однако рассмотрение ее задержалось. Ломоносов продолжал трудиться над составлением и исправлением инструкции, настойчиво размышляя обо всем, с чем должны столкнуться участники экспедиции, как бы перебирая в памяти всё, что он об этом знал, слышал и представлял в своем воображении. Присутствуя 18 февраля 1765 года на заседании Адмиралтейств-коллегий, Ломоносов, доложив о необходимых для экспедиции инструментах, прочитал и составленную им «примерную инструкцию», которую снова взял «для некоторых исправлений». Только 4 марта 1765 года, за месяц до кончины Ломоносова, текст инструкции был окончательно утвержден.
Ломоносов, несомненно, вкладывал в инструкцию и свой личный поморский опыт. Он сообщал старинные приметы, которыми пользовались поморы, вынужденные плыть в тумане или занесенные бурей в неведомые места. Ломоносов указывал, что о близости берега можно судить по уменьшению солености морской воды, по резкой смене приливного течения на противоположное, причем чем меньше оно согласовано с фазами луны, тем берег ближе.