Вернувшись 5 мая после 57-дневного отсутствия в Нижнеколымск и взвесив все обстоятельства проделанного, в общей сложности около 1500 км, путешествия, Врангель приходит к заключению, что он прошел повидимому лишь половину расстояния до неизвестной земли. «Наши неудачные опыты открытия предполагаемой земли нимало не опровергают ее существования, а только показывают, что мы, несмотря на все усилия, не могли ее отыскать. Впрочем, не смею утверждать, чтобы непреодолимые препятствия, встреченные нами, и впредь сделали подобные попытки безуспешными…»

Перед нами четвертое и последнее путешествие Врангеля. Он разделил теперь свою экспедицию на два отряда: первый отряд, под руководством Матюшкина, должен был заняться описанием чукотского берега до Северного мыса; второй же, возглавлявшийся Врангелем, снова отправился по льду в Ледовитое море, «чтобы еще раз попытаться отыскать предполагаемую там большую землю».

В это путешествие Врангель повстречался с чукчами. Между ними выделялся старик. «Смелые и быстрые движения его обнаруживали сильное телосложение, а маленькие блестящие глаза выражали мужество и самонадеянность». Старик-чукча сообщил, что он начальник чукотских племен, обитающих по берегам Чаунского залива. Завязался оживленный разговор через переводчика. Врангель после долгой беседы обратился к нему с вопросом: «не существует ли какая-нибудь земля на море к северу от чукотских берегов?» Старик рассказал ему следующее:

«Между мысами Ерри (Шелагским) и Ир-Кайпио (Северным), близ устья одной реки, с невысоких прибрежных скал в ясные летние дни бывают видны на севере, за морем, высокие, снегом покрытые горы, но зимою их не видно. В прежние годы приходили с моря, вероятно, оттуда, большие стада оленей, но, преследуемые и истребляемые чукчами и волками, они теперь уже больше не показываются. Сам я однажды в апреле целый день преследовал стадо оленей на своих санях, запряженных двумя оленями, но должен был вернуться, так как не мог преодолеть льдов. Повидимому, горы эти не на острове, а на такой же пространной земле, на которой живет и наше племя. От своего отца я слышал, что в давние времена один чукотский старшина со всеми своими домочадцами отправился на эту землю на большой кожаной байдарке, но что нашел он там, и вообще возвратился ли оттуда, мне неизвестно. Я думаю, что земля эта и посейчас населена».

Перед нами важнейший момент в истории открытия Врангеля. Рассказ старика-чукчи, в сущности, первое достоверное известие о существовании интересующего нас острова. Если все предыдущие экспедиции, организованные на поиски земли к северу от колымского устья, опираясь на недостоверные указания, имели в виду какие-то другие земли, или же попросту являлись жертвами мистификации, то в данном случае всякое сомнение отпадает: перед нами бесспорный факт существования острова Врангеля, лишь не увиденного самим исследователем.

Вновь окрыленный надеждой, Врангель на следующий же день двинулся через перешеек в направлении к восточной стороне Шелагского мыса. Трудность продвижения осложнилась 26-градусными морозами с сильнейшим северовосточным ветром, опрокидывавшим сани; вдобавок поднялась сильнейшая метель, и все исчезло из глаз. «Вероятно, — замечает Врангель, — многие из наших спутников заблудились бы во льдах, если бы увеличивающиеся торосы не показывали им отдаление земли». К вечеру ветер стих, и измученные люди и собаки расположились на ночлег недалеко от устья реки Веркона. На утро, нагрузив плавник (выкидной лес), двинулись вперед по льду, теперь уже прямо на север в открытое море на поиски земли. Чтобы без надобности не утомлять своего транспорта, Врангель в 4 км от берега соорудил во льду склад продовольствия, а опорожненные нарты сейчас же отправил обратно в Нижнеколымск.

Дорога становилась все более тяжелой. Могучие торосы, проход через которые приходилось прорубать пешнями, вскоре настолько утомили путников, что они волей-неволей принуждены были остановиться на ночлег. На следующий день удалось продвинуться только на 5 км. Опять поврежденные нарты, опять необходимость сооружать склад во льду и обратная отсылка восьми нарт. «Мы вырубили во льду, — пишет Врангель, — две ямы и положили в них провианта и корма для собак на 23 дня».

Но, как ни старался Врангель облегчить свой транспорт и двигаться налегке, все новые препятствия становились на его пути. В ночь на 18 марта сильный шторм разломал на большом протяжении лед и привел его в движение. По всем направлениям поползли трещины, они ширились и на все большее расстояние разделяли одну льдину от другой. В результате передвижек льда путешественники очутились на отдельной льдине величиною метров 100 в поперечнике. «Льдина, на которой мы находились, носилась по морю. Так провели мы часть ночи в темноте и ежеминутном ожидании смерти. Наконец наступило утро, и ветер сплотил нашу льдину с другими так, что вечером 18 марта были мы снова на неподвижной ледяной поверхности».

С неимоверными трудностями, где перелезая через стену торосов, где обходя огромные полыньи, а где быстрым маршем переходя через тонкую пленку молодого льда, грозившего ежеминутно поглотить путников, они все же продвигались вперед.

Как-то утром Врангель заметил впереди длинную сомкнувшуюся цепь торосов, за которыми виднелись плотные ледяные поля. Однако, чтобы пройти туда, необходимо было преодолеть изрядное пространство тонкого льда, отделявшего путешественников от полей, суливших хороший, ровный путь. Как тут быть? Уж слишком рискованной казалась переправа через тонкую ледяную корку. Стали совещаться. «Мнения моих проводников, — пишет Врангель, — были различны. Однако я решился на сие предприятие, и при невероятной скорости бега собак удалось нам оно лучше, нежели мы ожидали. Под передними санями лед гнулся и проламывался, но собаки, побуждаемые проводниками и чуя опасность, бежали так скоро, что сани не успевали погружаться в воду и, быстро скользя по ломавшемуся льду, счастливо достигли до противоположного края… Здесь принуждены мы были дать отдых утомленным собакам».

Но и далее лед был столь же ненадежен. К довершению трудностей, корм для собак оказался совсем на исходе. Врангель, спасая положение, отправляет на ближайшую базу еще две нарты и только с двумя последними решает продолжать путь на север. «Мы видели совершенную невозможность проникнуть далеко на север, — признается Врангель, — но, несмотря на то, продолжали путь».

Но вот опять трещина, огромная, непреодолимая, в самых узких местах шириною до 300 метров. Простираясь на восток и на запад до самых краев видимого горизонта, полынья совершенно преграждала дорогу путешественникам. «Усилившийся западный ветер более и более расширял сей канал, а быстрота течения в нем на восток равнялась полутора узлам. Мы взлезли на самый высокий из окрестных торосов, в надежде найти средство проникнуть далее, но, достигнув вершины его, увидели только необозримое открытое море… На пенящихся волнах моря носились огромные льдины и, несомые ветром, набегали на рыхлую ледяную поверхность, по ту сторону канала лежавшую. Можно было предвидеть, что сила волнения и удары ледяных глыб сокрушат сию преграду, и море разольется до того места, где мы находились. Может быть, нам удалось бы по плавающим льдинам переправиться на другую сторону канала, но то была бы только бесполезная смелость, потому что там мы не нашли бы уже твердого льда. Даже на нашей стороне, от ветра и силы течения в канале, лед начал трескаться, и вода, с шумом врываясь в щели, разрывала льдины и раздробляла ледяную равнину. Мы не могли ехать далее! Мы сделали все, чего требовали от нас долг и честь. Бороться с силою стихий и явною невозможностью было безрассудно и еще более — бесполезно. Я решился возвратиться».

Несмотря на всю настойчивость Врангеля, презрение к опасностям и лишениям, ему так и не удалось открыть землю, в существовании которой он был уверен. Мало этого, он вполне точно наметил местоположение острова на карте и указал путь к его достижению.

По возвращении на берег исследования Врангеля не закончились. Он прошел от устья реки Веркона, все время описывая берег, на восток до губы Колючинской. Обогащенный многими и разнообразными познаниями, Врангель со всеми своими спутниками 10 мая благополучно возвращается в Нижнеколымск. Он просит продлить экспедицию до следующего года, но ему отказывают, отзывая в Иркутск.

Хотя Врангель и не открыл земли ни против устья Колымы, ни против мыса Шелагского, однако уверенность в ее существовании в определенном месте не подлежала сомнению. «Горы видятся с мыса Якона в летнее время», — эта надпись, сделанная на составленной им карте (с точным нанесением гор в месте, где оказалось впоследствии местоположение острова), стала отныне притягательным магнитом для многих отважных мореплавателей.

Результатом четырехлетнего путешествия Врангеля явилась также вполне доказанная истина, что американский берег не расположен вблизи сибирских берегов и не связан с последними никаким перешейком.

Большой заслугой Врангеля является постановка им во время его пребывания в далекой Сибири первой метеорологической службы в северной Якутии. Под его руководством, в период с декабря 1820 года по март 1823 года с перерывами на время навигации, в Нижнеколымске велись ежедневные метеорологические наблюдения в четыре срока. Эти наблюдения были впоследствии использованы в труде К. Веселовского — «О климате России» и в книге «О температуре воздуха в России».