С приходом весны участники экспедиции расширили район исследований. Матисен пробовал пройти на север от Котельного в сторону Земли Санникова, но путь ему преградила полынья. Другая партия описала остров Бельковский и к югу от него открыла небольшой остров, названный по имени каюра экспедиции П. И. Стрижева (каюр — погонщик запряженных в нарты собак или оленей). 28 апреля 1902 года зимовку покинули три человека — группа во главе с зоологом А. А. Бялыницким-Бирулей. Эта маленькая партия направилась для исследований на остров Новая Сибирь. В конце лета за ней должна была зайти «Заря».
В мае к месту зимовки «Зари» из Якутска прибыл на собачьей упряжке врач Виктор Николаевич Катин-Ярцев, политический ссыльный. Он доставил зимовщикам письма от родных и друзей. В это время Толль записал в дневнике:
«Понедельник 13 мая. Сегодня в 5 часов утра неожиданно прибыла еще одна почта! Милые, дорогие письма, как посланное небом благословение перед отъездом на север! В письмах опять много выражений уверенности в моих силах и в успехе дела, но напрасно все так думают — у меня нет больше сил! Остается только надеяться, что общее доверие и любовь должны подкрепить меня и влить новую энергию. Сегодняшний день прошел за прочитыванием писем. Это был для меня большой праздник. Прибыла также посылка и портреты моих дорогих дочерей! Что совершается в моем сердце, когда думаю о своих любимых, этого я не в силах передать на бумаге. Не в моей власти облечь в слова свою тоску по родине. Как туго натянутые струны напряжены мои нервы перед этим прыжком через полыньи и горы, через торосы и моря для того, чтобы через шесть месяцев вернуться обратно на родину!..»
С волнением он прочитал письмо Ф. Нансена, которое заканчивалось словами:
«А теперь в заключение — мои лучшие пожелания на будущее: пусть льды никогда не расходятся под вашими санями, пусть «Заря» находит свободную воду: чтобы вы могли с полным успехом вернуться к себе на родину. Как я буду рад опять пожать вам руку. До скорого свидания. Преданный вам ваш друг Ф. Нансен».
23 мая Э. В. Толль покинул «Зарю». Он возглавил партию для описания острова Беннетта. В ее составе были Ф. Г. Зееберг, промышленники якут Василий Горохов и эвенк Николай Дьяконов. Для переправ через полыньи взяли с собой две байдарки.
Мысли о Земле Санникова не покидали Толля. Он записал в дневнике: «Итак, бесповоротно решено: только через ту «неведомую гавань» на Беннетте лежит мой путь на родину!» Он надеялся с вершин острова Беннетта увидеть мечту многих лет жизни — таинственную Землю Санникова. Предполагалось: после вскрытия моря к острову Беннетта подойдет «Заря» и заберет исследователей. Убывая с судна, начальник оставил инструкцию: если пробиться к острову будет невозможно и на судне останется не более 15 тонн угля, то «Заря» должна направиться к Сибирскому побережью в бухту Тикси. В этом случае Толль надеялся до наступления полярной ночи пройти к Новосибирским островам на байдарках.
Летом ледовая обстановка в море Лаптевых была тяжелой. «Заря» вышла из лагуны Нерпалах только 8 августа, но обогнуть остров Котельный с севера и пройти к острову Новая Сибирь не смогла. Тогда Матисен впервые в истории мореплавания прошел проливом между островами Котельный и Бельковский — это пространство было названо проливом Заря; затем он направил судно на восток по проливу между островами Котельный и Малый Ляховский, названному позже проливом Санникова. С трудом обойдя остров Новая Сибирь с юга, судно направилось на север к острову Беннетта, чтобы забрать партию Толля.
19 августа к югу от острова Беннетта судно встретило непроходимые льды. Все попытки пробиться к острову закончились безрезультатно. На судне оставалось всего 9 тонн угля, и Матисен повернул на юг. Вспомним: Академия наук решила не создавать угольный склад на Котельном. Отсутствие запасов угля не позволило Матисену продолжить плавание и совершить еще одну попытку пробиться к острову Беннетта.
26 августа «Заря» вошла в бухту Тикси, где и осталась навсегда. 15 сентября к борту «Зари» подошел пароход «Лена». На него перегрузили с «Зари» коллекции, собранные в течение двух лет экспедиции, и все научные материалы. Команда «Зари» добралась на пароходе до Якутска, а затем через Иркутск отправилась и прибыла в Петербург.
Группа Бялыницкого-Бирули в ноябре покинула остров Новая Сибирь и по льду пролива Дмитрия Лаптева пришла в селение Казачье на Яне.
На следующий год Академия наук отправила экспедицию на поиск группы Толля. Первая спасательная партия, возглавляемая Михаилом Ивановичем Брусневым, обследовала северные берега островов Котельный и Фаддеевский, берега Новой Сибири.
На шхуне «Заря» находился вельбот (шлюпка) массой 576 килограммов. Заведующий Якутским музеем П. В. Оленин по просьбе Академии наук за полтора месяца перевез этот вельбот на двух прочных нартах из бухты Тикси до Михайлова стана на острове Котельный (расстояние более 1 000 километров). Вельбот был передан прибывшему из Петербурга начальнику второй спасательной партии лейтенанту А. В. Колчаку.
После вскрытия моря Колчак и Бегичев (боцман с «Зари») с шестью мезенскими промышленниками и жителями Усть-Янска на вельботе под парусами и на веслах двинулись (18 июля) по бурному морю в 270-мильный путь от острова Котельный через Благовещенский пролив; 30 июля они достигли острова Новая Сибирь, а 4 августа по свободному ото льда морю подошли к острову Беннетта. На мысе Эммы был обнаружен гурий с воткнутым байдарочным веслом. Рядом лежала бутылка с тремя записками. В первой записке сообщалось, что Толль и спутники 21 июля 1902 года благополучно доплыли на байдарках от острова Новая Сибирь до острова Беннетта. Другие две записки содержали сведения о том, как найти жилище, построенное исследователями.
Спасатели нашли четыре ящика с геологическими коллекциями и жилище, полное снега, смерзшегося в ледяную массу. Подо льдом и камнями был найден обшитый парусиной ящик с донесением Толля президенту Академии наук. В нем описаны ледники, геологическое строение и животный мир острова. Толль сообщил: «Пролетными птицами явились: орел, летевший с юга на север, сокол — с севера на юг, и гуси, пролетавшие стаей с севера на юг. Земли, откуда прилетали эти птицы, вследствие туманов так же не было видно, как и во время прошлой навигации — Земли Санникова».
В конце отчета указано: «Отправимся сегодня на юг. Провизии имеем на 14–20 дней.
Все здоровы. 76°38′ северной ширины, 149°42′ восточной долготы. Э. Толль. Губа Павла Кеппена острова Беннетта, 26 X — 8 XI 1902 года». Там же находилась и географическая карта острова, составленная Зеебергом.
Спасатели сложили около места стоянки большой гурий с памятной доской и, покинув остров Беннетта, приплыли к острову Новая Сибирь, а затем вернулись в Михайловский стан на острове Котельный. Позже все участники спасательной экспедиции добрались по льду до материка.
Как же погибли мужественные путешественники — Толль и его спутники? Многие предполагают, что Толль после того, как встреча с «Зарей» в конце лета не состоялась, сначала надеялся перезимовать на острове; видимо, охота была неудачной, и в октябре он пришел к мысли, что партия не сможет пережить зимовку. Только тогда Толль и товарищи решились на отчаянный шаг: идти на юг — уже после наступления полярной ночи. Наверное, на их пути оказалась большая полынья, поверхность которой представляла месиво из снега, льда и воды; по ней нельзя было ни идти пешком, ни плыть на байдарке.
Причем трудности пути усугублялись жестоким морозом, страшной пургой и темнотой полярной ночи. Тогда, вероятнее всего, и случилась трагедия.
Поиски Земли Санникова продолжились и после гибели Толля и его спутников. В 1913–1914 годах русская гидрографическая экспедиция на ледокольных транспортах «Таймыр» и «Вайгач» открыла северо-восточнее острова Новая Сибирь к югу от острова Беннетта два небольших острова; один назван по имени выдающегося русского гидрографа генерал-лейтенанта А. И. Вилькицкого, другой — в честь участника этой экспедиции, скончавшегося во время зимовки, лейтенанта А. Н. Жохова. Может быть, именно эти острова еще в 1810 году Геденштром и Санников видели с северного берега Новой Сибири?