С конца ноября экспедиция возобновила свои попытки достижения материка Антарктиды. «Покушений» проникнуть возможно далее к югу в этот период было сделано пять (30 ноября, 1 декабря, 14 декабря, 29 декабря 1820 г. и 9—16 января 1821 г.), и три раза корабли проникали за Южный полярный круг. Однако в этом секторе Антарктики материк далеко не достигает Южного полярного круга, и лишь четвертое «покушение» увенчалось успехом: 9 января 1821 г. был открыт остров Петра I, а 16 января — берег Александра I, о котором Беллинсгаузен пишет: «Я называю обретение сие берегом потому, что отдаленность другого конца к югу исчезала за предел зрения нашего».[66] 20 января Беллинсгаузен направился к Новой Шетландии, об открытии которой он узнал, находясь еще в Австралии, от русского посла при португальском дворе в Рио-де-Жанейро. 24 января экспедиция увидела землю и вплоть до 27 января обследовала ее южное побережье, обнаружив, что это группа из десятка крупных островов и многих более мелких. Все Южные Шетландские острова были положены на карту и всем им были даны русские имена (Бородино, Малый Ярославец, Смоленск, Березино, Полоцк, Лейпциг, Ватерлоо, остров вице-адмирала Шишкова, остров адмирала Мордвинова, остров капитан-командора Михайлова, остров контр-адмирала Рожнова, Три Брата). После обследования Южных Шетландских остров экспедиция направилась в обратный путь на Родину. С 27 февраля по 23 апреля шлюпы простояли в Рио-де-Жанейро, где был снова произведен их тщательный ремонт. На обратном пути была сделана лишь одна кратковременная остановка в Лиссабоне (с 17 по 28 июня) и, кроме того, шлюпы переждали ночь с 15 на 16 июля на якоре на Копенгагенском рейде. Наконец, 24 июля 1821 г. шлюпы «Восток» и «Мирный» стали на якорь на Малом Кронштадтском рейде, на тех местах, с которых они более двух лет назад отправились в свой славный и опасный путь.
Плавание экспедиции продолжалось 751 день (из них ходовых дней под парусами 527 и якорных 224); она прошла почти 50 тысяч морских миль, что по протяжению в 21/4 раза превышает длину большого круга земного шара. Каковы же были результаты первой русской антарктической экспедиции?
Во-первых, экспедиция выполнила главное задание — открыла материк Антарктиды и тем самым утвердила приоритет нашей Родины в этом отношении. Всего ею было вновь открыто 29 ранее неизвестных островов, в том числе 2 в Антарктике, 8 — в южном умеренном поясе и 19 — в жарком поясе.
Во-вторых, экспедиция провела громадную научную работу. Существенная заслуга экспедиции состояла в точном определении географических координат островов, мысов и других пунктов и составлении большого числа карт, что являлось излюбленной специальностью самого Беллинсгаузена. Нужно удивляться исключительной точности наблюдений как самих Беллинсгаузена и Лазарева, так и прочих офицеров экспедиции, и особенно астронома Симонова. Эти определения не потеряли своего значения до сих пор и очень мало отличаются от новейших определений, произведенных на основе более точных методов и более совершенными мореходными инструментами. Карта Южных Шетландских островов являлась наиболее точной вплоть до самого последнего времени, а зарисовки островов, сделанные художником Михайловым, используются в английских лоциях до сих пор; особенно точно были измерены высоты гор и островов Лазаревым. Астроном Симонов производил систематические наблюдения над изменением температуры воздуха, штурмана — над элементами земного магнетизма. Экспедиция произвела много важных океанографических исследований: впервые доставались пробы воды с глубины помощью примитивного батометра, изготовленного корабельными средствами; производились опыты с опусканием бутылки на глубину; определялась впервые прозрачность воды помощью опускания на глубину белой тарелки; измерялись глубины, насколько позволяла длина имевшегося лотлиня (повидимому, до 500 м); была произведена попытка измерения температуры воды на глубине; изучалось строение морских льдов и замерзаемость воды разной солености; впервые производилось определение девиации компасов на различных курсах.