Неудача не изменила решения промышленников. Попов приступил к организации новой экспедиции; Дежнёв снова подал просьбу о назначении его ответственным сборщиком ясака. У него появился соперник — якутский казак Герасим Анкидинов, который обещал сдать в казну те же 280 соболей и вдобавок подняться на государеву службу своим животом [средствами], судном и оружием, порохом и всякими заводы. Взбешенный Дежнёв предложил тогда сдать 290 соболей и обвинял Анкидинова, будто тот прибрал к себе воровских людей человек с тридцать, и хотят они торговых и промышленных людей побивати, которые со мною идут на ту новую реку, и животы их грабить, иноземцев хотят побивать же…. Представители колымской власти утвердили Дежнёва, но, вероятно, не чинили препятствий к тому, чтобы Анкидинов со своими воровскими людьми и кочем присоединились к экспедиции. Не препятствовал этому и Попов, снарядивший шесть кочей и не менее, чем Дежнёв, заинтересованный в успехе предприятия.

20 июня 1648 г. из Колымы вышли в море и повернули на восток семь кочей (седьмой принадлежал Анкидинову), на всех было 90 человек. Дежнёв и Попов помещались на различных судах.

В проливе (Лонга), возможно, у мыса Биллингса (близ 176 в. д.) во время бури разбились о льды два коча. Люди с них высадились на берег; часть была убита коряками, остальные, вероятно, погибли от голода. На пяти оставшихся судах Дежнёв и Попов продолжили плавание на восток. Вероятно, в августе мореходы оказались уже в проливе, отделяющем Азию от Северной Америки, позже окрещенном Беринговым. Где-то в проливе коч Г. Анкидинова разбился, все люди спаслись и перешли на оставшиеся четыре судна. 20 сентября у мыса Чукотского, а может быть уже в районе залива Креста — мнения специалистов расходятся, по показаниям Дежнёва, на пристанище [в гавани] чукочьи люди ранили в стычке Попова, а через несколько дней — около 1 октября — того Федота со мною, Семейкою, на море разнесло без вести. Следовательно, четыре коча, обогнув северо-восточный выступ Азии — тот мыс, который носит имя Дежнёва (66뀅' с. ш., 169끀' з. д.), — впервые в истории прошли из Северного Ледовитого в Тихий океан.

До сих пор еще ведется спор, что понимал Дежнёв под Большим Каменным Носом и какие острова имел в виду в одной из своих челобитных: …а тот Нос вышел в море гораздо далеко, а живут на нем люди чухчи добре много. Против того же Носу на островах живут люди, называют их зубатыми [эскимосы], потому что пронимают они сквозь губу по два зуба немалых костяных… А тот Большой Нос мы, Семейка с товарищами, знаем, потому что разбило у того Носу судно служилого человека Ярасима Онкудинова [Герасима Анкидинова] с товарищами. И мы, Семейка с товарищи, тех разбойных [потерпевших крушение] людей имали на свои суды и тех зубатых людей на острову видели ж.

Ряд исследователей (например, Л. С. Берг и Д. М. Лебедев) считали, что под Большим. Каменным Носом Дежнёв понимал именно свой мыс, и, следовательно, имел в виду о-ва Диомида в проливе. Другой точки зрения придерживается Б. П. Полевой: Большим… Носом Дежнёв называл весь Чукотский п-ов, а островами зубатых людей могут быть Аракамчечен и Ыттыгран, расположенные у 64 30' с. ш. По нашему убеждению, наиболее веским аргументом в поддержку мнения Б. П. Полевого служат слова самого Дежнёва о многочисленном населении Носа, т. е. полуострова: а живут… [там] люди… добре [очень, весьма] много.

В другой челобитной Дежнёв повторял и уточнял свои показания об открытом им северо-восточном полуострове: А с Ковымы [Колымы] реки итти морем на Анадырь-реку, и есть Нос, вышел в море далеко… а против того Носу есть два острова, а на тех островах живут чухчи, а врезываны у них зубы, прорезываны губы, кость рыбий зуб [моржовый клык]. А лежит тот Нос промеж сивер на полуношник [на северо-восток]. А с русскою сторону Носа [на север?] признака вышла: речка, становьетут у чухоч делано, что башня из кости китовой, и Нос поворотит круто к Анадырю-реке под лето [т. е. на юг]. А доброго побегу [парусного ходу] от Носа до Анадыря-реки трои сутки, а более нет…

О том, что случилось с Дежнёвым после того, как он разлучился с Поповым, он сам красочно рассказал так: И носило меня, Семейку, по морю после Покрова богородицы [1 октября] всюду неволею и выбросило на берег в передний конец [т. е. на юг] за Анадырь-реку. А было нас на коче всех двадцать пять человек. Куда же осенний шторм выбросил мореходов, впервые совершивших — пусть неволею — плавание по морю, позже названному Беринговым? Коч Дежнёва, вероятнее всего, — судя по продолжительности обратного сухопутного похода — попал на Олюторский п-ов, расположенный в 900 км к юго-западу от Чукотского п-ова (у 60 с. ш.). Оттуда потерпевшие крушение двинулись на северо-восток: А пошли мы все в гору [Корякское нагорье], сами пути себе не знаем, холодны и голодны, наги и босы. А шел я, бедный Семейка, с товарищи до Анадыря-реки ровно десять недель, и пали [попали] на Анадырь-реки вниз, близко моря, и рыбы добыть не могли, лесу нет. И с голоду мы, бедные, врознь разбрелись. И вверх по Анадырю пошло двенадцать человек и ходили двадцать ден, людей и аргишниц [оленьих упряжек], дорог иноземских не видали. И воротились назад и, не дошед, за три днища до стану, обночевались, почали в снегу ямы копать… Таким образом Дежнёв не только открыл, но и первый пересек Корякское нагорье и 9 декабря 1648 г. вышел в низовье Анадыря. Из 12 ушедших лишь трое присоединились к Дежнёву, судьба остальных не выяснена.