Почему же Нансен, пройдя через то место, где по предположению Толля находилась Земля Санникова, не заметил ее? На этот вопрос могло быть два ответа. Или и Санников, и Толль, и Джергели ошибались и никакой Земли Санникова в природе не существует, или они неверно определили расстояние до этой земли, сильно его сократив.
Однако Толль не допускал и мысли, что Земли Санникова нет. Он решил, что просто ошибся в определении ее координат, тем более, что Нансен, вернувшись из своей экспедиции, так и не достигшей Северного полюса, поддержал Толля. Он заявил на заседании Географического общества в Петербурге, что севернее Новосибирских островов, судя по наблюдениям за состоянием льдов и перелетом птиц, должны находиться какие-то острова.
Воодушевленный поддержкой, Толль решил продолжать поиски таинственной земли несколько севернее тех мест, где ее разыскивал «Фрам».
Летом 1900 года экспедиция Толля отплыла на корабле «Заря» из Петербурга к далеким Новосибирским островам. Больше года понадобилось, чтобы добраться до места поисков. С огромным трудом «Заря» пробивала себе дорогу во льдах. Дошли до 77-й параллели — никаких признаков земли. Севернее продвинуться не удалось: помешали льды и туманы.
Экспедиция повернула к острову Беннетта, предполагая зазимовать. Однако оказалось, что подойти к острову невозможно. Снова путь преградили тяжелые льды. Оставалось одно: идти к Новосибирским островам. Но Толль не хотел уходить побежденным. Прежде чем повернуть к югу, он еще раз попытался пробиться на север. С большими трудностями «Заре» удалось продвинуться немного дальше, чем в предыдущий раз. И снова на многие километры вокруг огромная ледяная пустыня и ничего похожего на землю.
Перезимовав на Новосибирских островах, в июле 1902 года Толль с несколькими спутниками отправился по льду на остров Беннетта. Оттуда он думал продолжить поиски Земли Санникова.
С тех пор ни Толля, ни его спутников никто не видел.
Только через год специально посланная поисковая партия нашла на острове Беннетта записку Толля, где он подробно описывал геологическое строение и небогатый животный мир острова. О Земле Санникова в записке говорилось:
«…Пролетными птицами явились: орел, летевший с S на N, сокол — с N на S и гуси, пролетавшие стаями с N на S. Вследствие туманов, земли, откуда прилетели эти птицы, также не видно было, как и во время прошлой навигации Земли Санникова».
Позднее удалось установить, что Толль и его спутники погибли, пытаясь в ноябре 1902 года совершить опасный переход по льдам с острова Беннетта на Новосибирские острова.