По мере возможности И. Д. Папанин помогал ученым и сам принял участие в нескольких походах на ближайшие острова. Он провел в бухте Тихой одну зиму и с наступлением летней арктической навигации 1933 г. вернулся на Большую землю.
Пока Папанин зимовал на Земле Франца-Иосифа, в Арктике произошли большие события. Летом 1932 г. экспедиция, возглавляемая О. Ю. Шмидтом, на ледокольном пароходе «А. Сибиряков» под командованием капитана В. И. Воронина прошла за одну навигацию с запада на восток весь Северный морской путь. Тем самым была доказана возможность сквозных плаваний транспортных судов по этой великой заполярной водной магистрали. К экипажу и членам экспедиции были обращены теплые слова привета в телеграмме Политбюро ЦК ВКП(б): «Горячий привет и поздравление участникам экспедиции, успешно разрешившим задачу сквозного плавания по Ледовитому океану за одну навигацию. Успехи вашей экспедиции, преодолевшей неимоверные трудности, еще раз доказывают, что нет таких крепостей, которых не могли бы взять большевистская смелость и организованность». И как следствие исторического похода «А. Сибирякова» постановлением Совнаркома СССР опубликованным 18 декабря 1932 г. было организовано Главное управление Северного морского пути с задачей «проложить окончательно морской путь от Белого моря до Берингова пролива, держать его в исправном состоянии w обеспечить безопасность плавания по этому пути».
В выполнении этого постановления правительства важную роль должна была сыграть арктическая наука, и в первую очередь ее форпосты — полярные станции, расположенные на побережье и островах Северного Ледовитого океана. Всесоюзный Арктический институт, в котором работал И. Д. Папанин с 1932 г., перешел в подчинение Главсевморпути. Перед его коллективом была поставлена ответственная задача — обеспечивать ледовыми и синоптическими прогнозами навигации по морям Арктики. Отсюда значительно повышалась роль полярных станций как сборщиков информации о синоптических процессах и ледовой обстановке в зоне их деятельности.
Особенно большое значение приобрела полярная станция на мысе Челюскин в узком проливе Вилькицкого, соединяющем Карское море и море Лаптевых. Дирекция Всесоюзного Арктического института решила расширить ее и превратить в обсерваторию с широким комплексом наблюдений и назначила ее начальником И. Д. Папанина, учитывая при этом успешное выполнение им задания по реконструкции полярной станции в бухте Тихой.
В начале навигации 1934 г. Папанин и его спутники — научные работники и строительные рабочие — отплыли из Архангельска на борту знаменитого ледокольного парохода «А. Сибиряков» и лишь в середине августа прибыли к мысу Челюскин. На берегу началась постройка жилых домов и складов, научных павильонов и ветряного двигателя. Основные строительные работы были закончены в октябре, бригада строителей была отправлена обратно, а в новых павильонах обсерватории осуществлялись регулярные круглосуточные научные наблюдения. С февраля, когда полярная ночь была разбужена первыми лучами солнца, начались первые вылеты летчиков на ледовую разведку и регулярные походы гидрологов и геофизиков на далекие острова и по Таймырскому полуострову. Как и в бухте Тихой, так и на мысе Челюскин начальник полярной станции И. Д. Папанин добротно, по-хозяйски организовал быт зимовщиков и хозяйственное обеспечение работ, принял участие в нескольких походах в качестве добровольного помощника ученых — ведь и сами переходы и работы на льду требовали больших затрат физических сил. На мысе Челюскин Папанин пробыл год и вернулся в Ленинград летом 1935 г. Здесь он узнал, что Арктический институт начал подготовку к экспедиции на Северный полюс. За два года работы на двух полярных станциях И. Д. Папанин успел зарекомендовать себя как энергичный руководитель и организатор, хорошо освоивший специфику хозяйственного обеспечения всех научных, производственных, бытовых и культурных нужд коллектива зимовщиков. В те годы, когда широким фронтом шло строительство в Арктике новых полярных станций и требовалось в первую очередь проводить организационно-хозяйственные меры, начальниками станций на первых порах были зачастую не специалисты, а люди с большим практическим опытом, прошедшие хорошую школу жизни на хозяйственной работе.