12 апреля 1819 г. Крузенштерн представил морскому министру обширную записку с обоснованием необходимости снаряжения экспедиций к Северному и Южному полюсам.
Проект новых экспедиций был поддержан правительством, и сразу же началась их подготовка. Для путешествия к Южному полюсу были предназначены два строившихся шлюпа, получивших названия «Восток» и «Мирный». Руководство экспедицией и командование «Востоком» было поручено Ф.Ф. Беллинсгаузену, а командиром «Мирного» был назначен 30-летний лейтенант М.П. Лазарев. Крузенштерн, рекомендуя Беллинсгаузена начальником экспедиции, писал: «Наш флот, конечно, богат предприимчивыми и искусными офицерами, однако из всех оных, коих я знаю, не может никто, кроме Головнина, сравняться с Беллинсгаузеном».
Инструкцией морского министра И.И. де Траверсе Беллинсгаузену предписывалось после осмотра острова Южная Георгия и прохода восточнее Земли Сандвича спуститься к югу и «продолжать свои изыскания до отдаленнейшей широты, какой только он может достигнуть».
15 июля 1819 г. экспедиция Беллинсгаузена – Лазарева покинула Кронштадский порт. В состав экспедиции входили астроном И.М. Симонов и художник П.Н. Михайлов.
В декабре 1819 г. экспедиция описала южный берег Южной Георгии, а в начале января 1820 г. открыла группу островов, названных островами де Траверсе. Подойдя через семь дней к Земле Сандвича, экспедиция обнаружила, что «Земля» не представляет собой единого острова, а состоит из нескольких островов. От этих островов, названных Беллинсгаузеном Южными Сандвичевыми, экспедиция направилась к югу и, преодолевая ледовые преграды, 27 января 1820 г. у берега Земли Принцессы Марты оказалась всего в 20 милях от материка Антарктиды. Беллинсгаузен записал в этот день, что были встречены льды, представлявшиеся «сквозь шедший тогда снег в виде белых облаков», а на навигационной карте отметил: «Увидели сплошной лед». Лазарев, подошедший примерно к тому же месту несколькими часами позже, писал: «16-го января достигли мы широты 69°23′, где встретили матерый лед чрезвычайной высоты».
Таким образом, взору отважных русских моряков впервые открылась шестая часть света, загадочная Антарктида! Известный английский мореплаватель Джеймс Росс писал об этом событии в 1847 г.: «Открытие наиболее южного из известных материков было доблестно завоевано бесстрашным Беллинсгаузеном».
Ф.Ф. Беллинсгаузен. С портрета XIX в.
1 февраля экспедиция приблизилась к ледяному материку на расстояние около 30 миль. На 3-м листе навигационной карты показан ледяной берег, к которому экспедиция снова близко подходила 17 и 18 февраля 1820 г.
При дальнейшем плавании с заходом дважды в порт Джексон экспедиция открыла в Тихом океане ряд островов. В январе 1821 г., обходя ледяной материк с тихоокеанской стороны, экспедиция достигла наиболее южной точки своего плавания и открыла остров, названный именем Петра I, и побережье, названное Берегом Александра I.
За 751 день плавания, из них 122 дня южнее параллели 60°, «Восток» и «Мирный» прошли 92 256 км. Огромной заслугой экспедиции Беллинсгаузена – Лазарева, наряду с открытием Антарктиды, явилось первое описание значительных океанических областей, прилегающих к ледяному континенту. Экспедиция провела ценные океанологические и другие научные наблюдения.
Беллинсгаузеном сделана первая попытка описания и классификации льдов Антарктики. Ему принадлежит правильное указание на то, что Канарское течение является ветвью Флоридского. Он дал объяснение происхождения коралловых островов.