В 1898 году Толль представил в Академию наук план экспедиции, главной целью которой было открытие таинственной земли. «В светлый летний день, — писал он, — видно с северного мыса острова Котельный (76 градусов северной широты) четыре горы, которые едва поднимаются над северным горизонтом, — это Земля Санникова, еще никогда и никем не посещенная суша!» В 1900 году на ее поиски отправляется экспедиция под началом Толля. В два часа дня 21 июня от 17-й линии Васильевского острова отчаливает судно «Заря», на борту которого находится 19 человек и запас продовольствия на три года. «Экспедиция, которую я так долго подготовлял, началась! — записал в тот день Толль в дневник. — Началась? Разве это подходящее слово? Когда же было начало? Было ли оно в 1886 году, когда я видел Землю Санникова, или в 1893 году, когда я на Новосибирском острове Котельном, мечтая о Земле Санникова, собирался отдаться своему желанию и достичь этой земли на собачьих упряжках? Было ли начало после первого опубликования моего плана в 1896 году, или когда я с судна “Ермак” подал рапорт великому князю Константину? Когда же было начало?»

Летом «Заря» перешла через Югорский Шэр и осенью того же 1900 года зазимовала на берегах Таймыра. Земля Санникова оставалась тайною, и в дневниках Толль то и дело возвращался к ней, досадуя на Анжу, который всего лишь десяток миль прошел по оленным следам, которые вели от острова Фаддеевского на север, очевидно, к какому-то острову (правда, местные жители говорили, что олени ищут на льду соль, а не идут к неведомой земле). Только в августе 1901 года «Заря» смогла взять курс к Новосибирским островам. Дойдя почти до 80-го градуса северной широты, судно было вынуждено повернуть к югу из-за непроходимых льдов. В районе предполагаемой Земли Санникова царили туманы. «Малые глубины говорят о близости земли, — записывал Толль в дневнике, — но до настоящего времени ее не видно». Туман становится все более плотным, и Толль решает, что «можно было десять раз пройти мимо Земли Санникова, не заметив ее», ибо «как будто злой полярный волшебник дразнил нас».

Экспедиция проводит вторую зимовку, на сей раз на острове Котельный, с которого видел землю Яков Санников. Ранней весной 1902 года, когда «Заря» находилась еще в ледовом плену, решено было разделиться на две партии. Три члена экпедиции направились на остров Новая Сибирь, а сам Толль с астрономом Зеебергом и промышленниками Василием Гороховым и Николаем Дьяконовым отправились по маршруту Остров Котельный — остров Фаддеевский — мыс Высокий (на острове Новая Сибирь) — остров Беннета. Осенью 1902 года «Заря» должна была подойти сначала к Новой Сибири, а затем к острову Беннета и взять на борт обе партии исследователей. Но льды не позволили судну подойти ни к Новой Сибири, ни к острову Беннета, и «Заря» из-за недостатка угля изменила маршрут, отправившись в бухту Тикси (в ту пору совершенно безлюдную).

Лейтенант Ф. А. Матисен, принявший командование «Зарей», имел четкую инструкцию от Толля: «Что касается указаний относительно Вашей задачи снять меня с партией с острова Беннета, то напомню только известное Вам правило, что всегда следует хранить за собой свободу действия судна в окружающих его льдах, так как потеря свободы движения судна лишает Вас возможности выполнить эту задачу. Предел времени, когда Вы можете отказаться от дальнейших стараний снять меня с острова Беннета, определяется тем моментом, когда на “Заре” израсходован весь запас топлива до 15 тонн угля». Группа, исследовавшая Новую Сибирь, в декабре 1902 года вернулась на материк. Весной следующего года начались поиски Толля и его спутников.

С огромным трудом китобойный вельбот, снятый с «Зари», был доставлен волоком от Тикси до Усть-Янска, а оттуда уже не по суше, а по замерзшему Восточно-Сибирскому морю на нартах, которые тянули 160 собак, на остров Котельный. Возглавляли спасательную экспедицию боцман «Зари» Н. А. Бегичев (впоследствии открывший у берегов Таймыра острова, названные его именем — Большой и Малый Бегичев) и гидрограф А. В. Колчак, «прекрасный специалист, преданный интересам экспедиции», как характеризовал его в дневнике Толль (позднее Колчак, заслуживший адмиральский чин, взял на себя миссию «спасителя России» и был расстрелян Иркутским ревкомом в 1920 году).

За двое суток вельбот по чистой воде добрался от Котельного острова до острова Беннета и нашел место зимовки Толля и его спутников. В записке, адресованной президенту Академии наук, говорилось о геологии острова Беннета, о его фауне и флоре, о птицах, пролетавших над островом с севера на юг: «Вследствие туманов земли, откуда прилетели эти птицы, так же не было видно, как и во время прошлой навигации Земли Санникова». Последняя запись гласила: «Отправляемся сегодня на юг. Провизии имеем на 14–20 дней. Все здоровы. Губа Павла Кеппена 26.Х Острова Беннета 8.XI 1902 Э. Толль».

С тех пор никому не удалось обнаружить следов пропавшей экспедиции. Так же, как и земли Санникова, поиски которой стоили жизни отважному русскому исследователю и ученому и трем членам его отряда.

Район предполагаемой Земли Санникова так же, как и Земли Андреева, «прочесали» русские ледоколы «Таймыр» и «Вайгач» перед самым началом первой мировой войны. Они открыли Северную Землю, острова Вилькицкого и Жохова в Новосибирском архипелаге, лежащие между Новой Сибирью и группой островов, носящих имя Де-Лонга, трагически погибшего капитана судна «Жаннета», но найти Землю Санникова, как и Землю Андреева, им не удалось.

В 1922–1924 годах норвежское судно «Мод» и советские ледоколы «Седов» и «Садко» прошли в районе Земли Санникова, однако обнаружить ее не смогли. Правда, и «Таймыр» с «Вайгачем», и «Мод», и «Седов», и «Садко» не могли пробиться сквозь льды, а туманы делали ничтожной видимость. (Характерен такой факт: «Вега», прошедшая Северо-восточный путь, героический «Фрам» и даже «Заря» прошли мимо большого архипелага Северная Земля, но ни Норденшельд, ни Нансен, ни Толль, опытнейшие полярники, не обнаружили ее из-за туманов!) В 1937 году ледокол «Садко» пробился гораздо дальше на север сквозь льды, чем это делали его предшественники. Но Земли Санникова не нашел. За 82-й градус северной широты зашли в 1938 году советские ледоколы «Седов», «Ермак», «И. Сталин», но и здесь, в местах доселе никем не посещаемых, твердой земли обнаружено не было.

Неужели и Санников, и Толль стали жертвой оптических аллюзий, столь частых в Арктике? Классическим примером их стал остров, внезапно представший перед глазами Норденшельда во время плавания «Веги». Остров был ясно виден всему экипажу и рос в размерах по мере того как судно приближалось к нему. По бокам неведомой земли белели два снежных поля… И тут вместо острова перед полярниками возникла страшная звериная морда, размером с солидную гору!

Голова чудовища, способного проглотить «Вегу», угрожающе задвигалась, затем стала уменьшаться и превратилась в морду обыкновенного моржа с двумя белыми клыками, создавшими иллюзию снежных полей вокруг «горы» — моржовой головы. Но и на этом трюки полярных миражей не закончились. Спустя несколько секунд раздался крик матроса: «Земля у носа! Высокая земля!» Перед глазами экипажа «Веги» предстала горная страна, подобная Земле Франца-Иосифа или тому острову, который увидел Толль в 1886 году… А через несколько мгновений вместо «высокой земли» полярники увидели край небольшой льдины, покрытой темным слоем земли.

Значит, Земля Санникова не реальность, а мираж? Однако следы оленей, тянувшиеся к северу от острова Фаддеевский, никак нельзя считать миражем. Видение «острова», оказавшегося головой моржа, не повторялось — почему же не только Санников и Толль, но и многие охотники и промышленники, посещавшие Новосибирские острова в прошлом столетии, утверждали, что видели землю на север от них?

Академик Владимир Александрович Обручев обратился в Главное управление Северного морского пути с просьбой организовать поиск Земли Санникова с самолетов. Просьба его была удовлетворена. Почти две с половиной тысячи километров пролетели летчик Котов и штурман Морозов от устья Индигирки по маршруту остров Новая Сибирь — остров Беннета и углубились далее на север до 80-го градуса северной широты. Но не Землю Саннщкова, а сплошные ледяные поля увидели они с высоты, хотя видимость была хорошей.