Всестороннее и планомерное изучение Сибири и северной части Тихого океана провела в 1733–1743 гг. Вторая Камчатская (Великая северная) экспедиция. Она явилась составной частью огромного по масштабам научного предприятия. И на этот раз экспедицию возглавили Беринг и Чириков.
В состав экспедиции входили пять отрядов, которые имели большую самостоятельность. Их возглавили известные мореплаватели и первопроходцы морские офицеры Муравьев, Павлов, С. Малыгин, Скуратов, Д. Овцын, Ф. Минин, В. Прончищев, X. Лаптев, С. Челюскин, Ласиниус.
В результате работ северных отрядов была проведена сплошная съемка берегов Северного Ледовитого океана от Печоры до Колымы. Участники экспедиции произвели опись южной части Камчатки, Курильских и Шантарских островов, открыли ряд островов Алеутской гряды, основали в Авачинской губе порт Петропавловск и проложили морской путь с Камчатки, который стал важным звеном в истории географических открытий и путешествий в Северную Америку.
Так, в период с 1804 по 1848 г. Камчатский порт принял 25 российских кругосветных экспедиций, в том числе и первую — под командованием И. Крузенштерна.
В 1813 г. начальником Камчатки назначен капитан-лейтенант П. Рикорд. При нем начато строительство города, организована регулярная доставка грузов морем, изменился административный статус поселения.
В 1850 г. капитан 1 ранга В. Завойко назначен военным губернатором Камчатки и командиром порта. При нем состоялось открытие морского училища и завершилось строительство первого на Дальнем Востоке маяка — у входа в Авачинскую бухту.
18-24 августа 1854 г. город героически оборонялся от англо-французского десанта, вписав славную страницу в историю Российского флота. Большую роль в обороне города сыграли фрегат "Аврора" (командир капитан-лейтенант И. Изыльметьев) и батарея лейтенанта Д. Максутова.
В первые дни Крымской войны Англия и Франция послали к берегам Камчатки свои эскадры с задачей уничтожить русские корабли в Тихом океане, захватить Петропавловский порт и тем самым ослабить позиции России на Дальнем Востоке.
Известие о начале войны достигло Камчатки в июле 1854 г. (война началась 22 сентября 1853 г.), что заставило военного губернатора Камчатки генерал-майора В. Завойко вместе с командиром фрегата "Аврора" капитан-лейтенантом И. Изыльметьевым спешно готовиться к обороне.
Гарнизон имел вместе с экипажами кораблей 920 человек и 67 орудий. В подготовке к обороне участвовало все население Петропавловска — около 1600 человек. Было установлено 7 батарей, вход в Петропавловскую бухту заградили бонами.
17 августа 1854 г. у входа в Авачинскую губу появилась неприятельская эскадра: 3 фрегата, пароходофрегат, корвет и бриг — всего 212 орудий и 2500 человек экипажей и десанта под командованием английского контр-адмирала Д. Прайса и французского контр-адмирала Ф. де Пуанта.
18 августа неприятельские корабли начали обстрел русских батарей. С 20 по 24 августа высаженный десант безуспешно пытался прорваться в гавань и захватить наши корабли. 24 августа был повторно высажен десант, однако в штыковом бою русские стрелки и моряки с "Авроры" и "Двины" опрокинули вражеский десант в море. 27 августа неприятельская эскадра покинула Авачинскую губу, потеряв 273 человека убитыми; потери защитников составили 32 человека.
Лейтенант Д. Максутов, командир 2-й батареи, умело вел контрорудийную борьбу и не допустил прорыва вражеских кораблей и десанта в порт. Как лучший офицер он был отправлен губернатором Завойко в Санкт-Петербург с победной реляцией к императору Александру II.
Потерпев поражение, англичане и французы не оставили, однако, намерений захватить Петропавловск. В 1855 г. они направили в дальневосточные воды новые отряды кораблей.
Россия потерпела поражение в Крымской войне, однако на Балтийском море и Дальнем Востоке английские и французские эскадры успеха не имели, Российский флот защитил интересы государства на море.
Всю вторую половину XIX века шло интенсивное изучение Дальнего Востока под руководством генерал-губернатора Н. Муравьева-Амурского. Центр исследований переносится в район Приморья, в бухту Золотой Рог, где в 1860 г. был основан г. Владивосток.