19 апреля Толль, его помощник лейтенант Евгений Иванович Шилейко и четверо каюров на собаках двинулись к острову Большой Ляховский. Поездка оказалась трудной, тем не менее экспедиция успела обойти Большой Ляховский и Котельный, описать множество обнажений, пополнить астрономические и магнитные наблюдения, устроить «продовольственные депо» для Нансена, который тогда готовился к рейсу на «Фраме».
В последующие годы Э.В. Толль в публичных выступлениях и в академической печати активно пропагандирует идею экспедиции на Землю Санникова. Его убежденность подчиняет себе факты и выстраивает их в свою систему. Анжу не видел Землю? Но ведь промышленники не сомневаются в ее существовании. Ф. Нансен, пройдя 19–20 сентября 1893 года в районе Земли Санникова, ее не обнаружил? Значит, он прошел севернее, а Земля ориентирована в широтном направлении. Густой туман, всегда стоящий над Великой Сибирской полыньей, помешал заметить ее. Позже этот мотив продолжал развивать другой энтузиаст Земли Санникова — академик В.А. Обручев. Он ссылался на парадоксальный факт: реально существующий, огромный архипелаг Северная Земля не был замечен ни Норденшельдом с «Веги», ни Нансеном с «Фрама», ни Толлем с «Зари»…
Что влекло Эдуарда Толля на Север? Он искал разгадку тайн недавнего геологического прошлого Арктики: существовал ли материк в районе современных Новосибирских островов? Когда и почему он распался? Почему вымер «мамонтовый комплекс» млекопитающих? Толль стремился добраться до первопричины явлений, а это счастье и мука подлинного исследователя.
Идея экспедиции встретила отклик. В числе ее активных сторонников были академики Д.И. Менделеев, А.П. Карпинский, Ф.Б. Шмидт, адмирал С.О. Макаров. Было принято решение об организации полярной экспедиции. Подготовка велась с размахом, с широким освещением в прессе. Министерство финансов отпустило 150000 рублей золотом, в Норвегии приобрели китобойное судно водоизмещением около 1000 тонн, которое назвали «Зарей». Оно имело машину в 228 индикаторных сил, но могло ходить и под парусами. Э.В. Толль лично подобрал научный состав из молодых многообещающих специалистов и укомплектовал экспедицию лучшим отечественным и зарубежным снаряжением, аппаратурой, продовольствием…
21 июня 1900 года «Заря» торжественно покинула Петербург. Началось плавание, рассчитанное на три года. Нет нужды в деталях описывать это путешествие — сохранился и издан в 1959 году подробнейший дневник Толля.
Более чем через год после выхода из Петербурга, 9 сентября 1901 года, «Заря» достигла района предполагаемой Земли Санникова. «Малые глубины говорят о близости земли, — записывает Толль в дневнике, — но до настоящего времени ее не видно…» Матрос из «вороньего гнезда» разглядел только подковообразный ледяной пояс, а за ним — полосу свободной воды («…у меня закрадываются тяжелые предчувствия… но довольно об этом!»). На следующий день сгустился тяжелый туман, сделав дальнейшие поиски бессмысленными и принеся Толлю неожиданное облегчение: «Теперь совершенно ясно, что можно было десять раз пройти мимо Земли Санникова, не заметив ее».