Для большей прочности корабли были сверх обыкновенной обшивки обшиты сосновыми досками. Вооружены они были и пушками — 16 на большом судне и по 10 на двух меньших. Кроме того, было взято для сигналов по одной мортирке. Команды на всех трех судах было 178 человек. В экспедиции принимали участие 26 промышленников-поморов.
Сделано это было, несомненно, по указанию Ломоносова, который в своем проекте писал: «Сверьх надлежащего числа матросов и солдат взять на каждое судно около десяти человек, лутчих торосовщиков из города Архангельского, — с Мезени и из других мест поморских, которые для ловли тюленей на торос ходят, употребляя помянутые торосовые карбаски или лодки; по воде греблею, а по льду тягою, а особливо, которые бывали в зимовьях и в заносах и привыкли терпеть стужу и нужду. Притом и таких иметь, которые мастера ходить на лыжах, бывали на Новой Земле и лавливали зимою белых медведей».
9 июня 1764 года Адмиралтейств-коллегия направила в канцелярию Академии наук предписание о приготовлении необходимого числа подзорных труб, магнитных стрелок, термометров и барометров, которые было велено изготовить по указанию Ломоносова. Профессору С. Румовскому было поручено «сочинить» таблицы расстояний Луны и Солнца «на всякий Санкт-Петербургский полдень. Ломоносов организует в академической обсерватории астрономическую подготовку штурманов — участников экспедиции. Занятия с ними вели Н. Попов и А. Красильников.
Ломоносов входил в каждую мелочь снаряжения экспедиции. Для команды были нашиты добротные овчинные шубы, треухи на голову, бахилы и рукавицы с варегами. По указанию Ломоносова были заготовлены и взяты всевозможные противоцинготные средства.
Ломоносов принимает близко к сердцу и личные интересы людей. «Кто в сем путешествии, — оговаривает Ломоносов, — от тяжких трудов, от несчастия или болезни в морском пути бывающей умрет, того жене и детям давать умершего прежнее рядовое жалованье, ей до замужества или до смерти, а им до возраста». Кроме того, Ломоносов предусматривает награды тем, кто покажет «чрезвычайную услугу», а также советует обещать «особливое награждение» тому, «кто первый увидит Чукотский нос или берег близь проходу в Камчатское море».
К концу лета 1764 года корабли для экспедиции были готовы и отправлены на Колу, где простояли зиму.
В марте 1765 года, за месяц до своей кончины, Ломоносов пишет подробную инструкцию для начальника будущей экспедиции. Он предлагает большую программу научных исследований полярных стран; вести систематические метеорологические и астрономические наблюдения, с помощью инструментов измерять глубину моря, брать пробы воды для анализа в Петербурге, изучать склонение компаса, «записывать какие где примечены будут птицы, звери, рыбы, раковины», собирать образцы горных пород, камни и минералы, вести этнографические наблюдения «там, где окажутся люди», «описывать, где найдутся, жителей, вид, нравы, поступки, платья, жилище и пищу».