В навигацию 1913 г. экспедиция прошла по дальневосточным морям и по Ледовитому океану свыше тринадцати тысяч миль. Был собран обильный научный урожай, открыт ряд новых островов, однако все затмило главное географическое событие не только года, но, как оказалось, и века: 21 августа (3 сентября) с обоих судов почти одновременно лейтенантом Евгеновым и корабельным врачом Л. М. Старокадомским был усмотрен доселе неизвестный берег крупного, покрытого вечными льдами архипелага. «Мы установили,— записал тогда начальник экспедиции,— что вода на север от мыса Челюскина не широкий океан, как его считали раньше, а узкий пролив» (получивший позже имя Бориса Вилькицкого).
Так произошло важнейшее географическое открытие XX столетия. На мировой карте появился архипелаг, получивший наименование Земли императора Николая II, и название это оставалось «нестертым» на протяжении тринадцати лет, что само по себе уже парадокс: имя свергнутого и расстрелянного царя на советской географической карте! Очевидно, в те времена было некогда особенно задумываться над подобными, пусть значительными, но все-таки второстепенными проблемами, и только в 1926 г. архипелаг из трех крупных и многочисленных островов поменьше стал называться Северной Землей.
Навигация 1914 г. закончилась для экспедиции тем, что из-за тяжелых льдов пришлось зазимовать у берегов Таймыра. Начальство во главе с Вилькицким сделало все, чтобы зимовка прошла благополучно. Для команд обоих судов устраивались прогулки и игры на свежем воздухе, моряки охотились, совершали научные экскурсии на ближайший берег. На судах по полной программе велись исследования, в том числе и довольно сложные — магнитные, а также наблюдения за полярными сияниями.
«Режиссеры»-офицеры ставили любительские спектакли, с матросами проводились занятия по русскому языку, математике, физике, географии, истории. Спаянность большого коллектива (15 офицеров и 80 членов команды), дух товарищества и доброжелательства, царивший на «Таймыре» и «Вайгаче», помогли пережить трудную полярную ночь. Удалось уберечься от цинги, но все-таки полностью избежать потерь ГЭ СЛО не сумела: от болезней скончались два кочегара и лейтенант Алексей Жохов.
В сентябре 1915 г. мореплавателей торжественно приветствовал Архангельск. Во второй раз после Норденшельда заветная трасса во льдах оказалась пройденной, теперь уже с востока на запад. Все нижние чины получили золотые и серебряные медали «За усердие», офицеры — ордена. В честь ГЭ СЛО был учрежден специальный нагрудный знак, Б. А. Вилькицкий удостоился высшей награды Русского географического общества, французское и шведское Общества также увенчали его своими наградами.