Константин Константинович 10 марта 1900 г. утвердил состав Северной экспедиции. В нее входили: руководитель экспедиции – барон Э. В. фон Толль; капитан шхуны «Заря» – лейтенант флота Н. Н. Коломейцов (употребляемый в некоторых источниках вариант «Коломейцев» неверный); геодезист, метеоролог, фотограф – лейтенант флота Ф. А. Матисен; гидрограф, гидролог, гидрохимик, магнитолог – лейтенант флота А. В. Колчак; зоолог экспедиции – А. А. Бялыницкий-Бируля (старший зоолог Зоологического музея Санкт-Петербургской академии наук; тайный агент Ордена); астроном и магнитолог – Ф. Г. Зееберг (доктор физики; встречается написание Зеберг); врач-бактериолог, зоолог Г. Э. Вальтер (доктор медицины, тайный агент Ордена). В команду вошли боцман Н. И. Бегичев; старший механик Э. И. Огрин; матросы-рулевые С. Е. Евстифеев, С. К. Толстов, А. В. Семашко (которого заменил П. Н. Стрижев), И. И. Малыгин (заменен С. М. Расторгуевым), В. И. Железняков, Н. К. Безбородов; машинист Э. З. Червинский; старший кочегар И. Ф. Клуг; второй кочегар Г. Т. Пузырев; третий кочегар Т. П. Носов; кок – Ф. И. Яскевич (тайный агент Ордена).
21 июня 1900 г. шхуна «Заря» покинула акваторию Санкт-Петербургского порта. В Кронштадте пополнили запасы угля и получили дополнительный груз – приборы и оборудование. На проводы пришли вице-адмирал С. О. Макаров с супругой. 11 июля шхуна прибыла в Кольский залив, в Александровск. А спустя 10 дней начала плавание по плану экспедиции.
Устья Енисея достигли в начале августа и стали продвигаться вдоль острова Диксон, производя морскую съемку. Александр Васильевич постоянно уточнял координаты приметных ориентиров, впоследствии на основе этих записей и схем он составит новые карты берегов Сибири от Диксона до мыса Челюскин. К середине сентября судно подошло к архипелагу Норденшельда. Столкнувшись со сплошным льдом, барон принял решение стать на зимовку, которая длилась 11 месяцев. Несмотря на наступившую полярную ночь, работа и исследования на шхуне продолжались.
С началом льдообразований Колчак вел наблюдения за этим процессом и определил, что толщина покрова доходит до 180 см и зависит от суровости зимы. За зимовку он осуществил топографическую съемку и изготовил карту рейда шхуны. Изучал состояние развития морских льдов, вел магнитные наблюдения, брал пробы глубинного грунта, а также изучал морское дно сбором водорослей и живых организмов. Тогда же он совершил две санные поездки вдоль побережья Таймыра и на мыс Челюскин. Активно занимался астрономическими наблюдениями, что позволило ему впоследствии определить степень влияния звездных систем на строение Земли и тектонические процессы, проходящие в ее глубинах на Таймыре и на всем протяжении Сибири.
Александр Васильевич тогда внедрил метод строительства из камней специальных знаков-гурий, с точными координатами, относительно которых можно производить тригонометрическую съемку окружающих территорий с ориентировкой на звезды.
Колчак, не зная всех тех научных астрономических истин, которые были открыты еще