Далее инструкцией Васильеву предлагалось следующим летом повторить плавание к северу от Берингова пролива, и если состояние льдов позволит и Васильев найдет это желательным, то продолжить попытки пройти на север и в третью навигацию.
Шлюпы вышли из Кронштадта 4 июля 1819 г. и пришли – шлюп «Открытие» в Петропавловск 4 июня и шлюп «Благонамеренный» в Уналашку—.3 июня 1820 года.
17 июня «Благонамеренный», захватив с собой шесть алеутов с четырьмя байдарами, прошел к острову Св. Лаврентия, на который съезжали Шишмарев и Лазарев. После этого шлюп плавал в Беринговом проливе. 7 июля с «Благонамеренного» были видны одновременно мыс Дежнева, оба острова Гвоздева и мыс принца Уэльского. Таким образом, была исправлена ошибка Коцебу, посчитавшего, что островов Гвоздева три, а не два. После этого «Благонамеренный» прошел к заливу Коцебу и 12 июля стал здесь на якорь.
Во время стоянки Шишмарев и Лазарев побывали на берегу и осмотрели ископаемый лед, открытый здесь «Рюриком» в 1816 году.
16 июля в залив Коцебу пришел и шлюп «Открытие». 18 июля Васильев, выйдя с обоими шлюпами в море и описывая по пути берега к востоку, достиг на «Открытии» 71°06′ с. ш., т. е. на 22 мили севернее Кука, плававшего в этом районе в 1779 году. «Благонамеренный» дошел до 69°01′ с. ш. и описал мыс Лисбёрн и берег несколько восточнее его.
31 июля шлюпы пошли к острову Св. Лаврентия. Поручив окончание описи этого острова Шишмареву, Васильев направился к американскому берегу, но из-за малых глубин не смог к нему подойти. 19 августа, осмотрев по пути острова Св. Павла и Св. Георгия, Васильев пришел в Капитанскую гавань острова Уналашка. Туда же пришел Шишмарев.
28 августа шлюпы покинули Капитанскую гавань и 21 сентября стали на якорь в Ново-Архангельске. Здесь из трюмов «Благонамеренного» были выгружены части баркаса и грузы общим весом около 2000 пудов, взамен чего на шлюп был принят балласт из камней. Сборка баркаса была поручена лейтенанту Ивану Николаевичу Игнатьеву, в распоряжение которого были оставлены специально привезенные из Кронштадта плотники.
24 октября оба шлюпа отправились в Сан-Франциско, куда и прибыли: «Благонамеренный» 10 ноября и «Открытие», шедший от Ново-Архангельска несколько мористее, 11 ноября. Во время трехмесячной стоянки в Сан-Франциско шлюпы были приведены в порядок, штурман «Открытия» Михаил Рыдалев произвел первую точную опись, а Шишмарев определил географические координаты многих пунктов залива. Во все время стоянки производились наблюдения над колебаниями уровня моря.
10 февраля 1821 г. шлюпы вышли из Сан-Франциско и 20 марта стали на якорь в Гонолулу, где простояли до 5 апреля. 13 мая «Благонамеренный» вернулся в Ново-Архангельск, куда несколько позднее пришел и шлюп «Открытие».
29 мая оба шлюпа и вновь построенный бот на буксире у «Открытия» отправились из Ново-Архангельска и 20 июня были на Уналашке.
25 июня все три судна вышли в море, причем каждому судну была назначена своя задача. «Открытие» и бот должны были описывать американские берега до Берингова пролива, «Благонамеренному» предписывалось проверить, существуют ли острова, показанные на карте Синдта к северу от острова Св. Матвея, докончить опись острова Св. Лаврентия и 6 июля быть у мыса Дежнева.
Плавания Васильева и Шишмарева на «Открытии» и «Благонамеренном» в Беринговом и Чукотском морях (1820–1821).
Описав западный берег острова Св. Лаврентия, «Благонамеренный» зашел в губу Лаврентия, где от чукчей собрал сведения о районах предстоящего плавания. Только 15 июля «Благонамеренный» вошел в Берингов пролив.
19 июля с «Благонамеренного» увидели мыс Сердце-Камень. В последующие дни «Благонамеренный» лавировал между Беринговым проливом и мысом Сердце-Камень. Пройти далее на восток не позволяли льды. Однажды льды накренили шлюп на 45° и держали его в таком положении около суток. Самой северной точки (70°13′ с. ш.) шлюп достиг 1 августа. Из-за позднего времени года решено было итти на юг.
10 августа «Открытие» и «Благонамеренный» встретились у островов Гвоздева.
За время раздельного плавания Васильев побывал у островов Св. Павла и Св. Георгия и 6 июля пришел к мысу Ньюэнхем. Отсюда он отправил лейтенанта Александра Павловича Авинова на боте для описи залива Нортон-Саунд, а сам пошел на север вдоль американского берега.
11 июля Васильев открыл большой остров Нунивак, названный по имени корабля Открытие. Одновременно с Васильевым в районе острова Нунивак плавали на бриге Российско-американской компании «Головнин» мичман Василий Степанович Хромченко, открывший этот остров независимо от Васильева, но на два дня позже, и на катере «Баранов» мореход Адольф Карлович Этолин.
Во время дальнейшего плавания на север были положены на карту мысы Мульграва, Крузенштерна и Ледяной.
После встречи с Шишмаревым Васильев отправился в Петропавловск, куда и прибыл 9 сентября. Здесь уже с 19 августа стоял бот Авинова, описавший часть Бристольского залива и не смогший пройти далее вдоль берегов из-за мелководья.