Крупнейшее по научному значению исследование Арктики второй половины XIX в. Нансен начал в 1893 г. на специально построенном для ледового плавания пароходе Фрам (капитан - О. Свердруп, 12 человек команды). От мыса Челюскин Ф. Нансен решил направить Фрам на восток и к северу от Новосибирских о-вов нарочно вмерзнуть в лед, рассчитывая, что ледовый дрейф вынесет его к полюсу. Через Югорский Шар 4 августа 1893 г. Фрам вышел в Карское море, обогнул Ямал и взял курс на мыс Челюскин. Лавируя под парусами и парами против сильного ветра, судно медленно продвигалось вперед: сначала — по свободному морю, затем — вдоль кромки сплоченных льдов. 18 августа во время шторма Свердруп обнаружил к югу от корабля низменную землю с травянистой растительностью и обрывистыми песчаными косогорами - о. Свердруп. 25 августа к северу от шхер Минина норвежцы открыли о-ва Скотт-Гансена (в честь участника плавания Сиеурда Скотт-Гансена), вторично после Ф. Минина.

В ночь на 29 августа, не дойдя до 75 с.ш., повернули на юг и днем, пройдя мимо бесчисленных островов и островков, попали в открытую воду, простирающуюся вдоль острова Таймыр…. Ф. Нансен назвал этот архипелаг, фактически открытый им (хотя и не полностью), о-вами Норденшельда.

Проход на восток вскоре был снова прегражден льдом. Фрам блуждал среди льдов при густом снегопаде или в туманах до 7 сентября, когда, наконец, попал в Таймырский залив. Два дня Ф. Нансен исследовал восточный берег залива и открыл п-ов Оскара (76뀠' с.ш., 100 в.д.).

На пути к мысу Челюскин, который норвежцы обошли утром следующего дня, они открыли о-ва Фирнлея, а у самого входа в пролив Вилькицкого — о-ва Гейберга. Дальнейший путь шел сначала вдоль берега на юго-восток, а за устьем р. Анабар — на северо-восток. 21 сентября 1893 г. Фрам вмерз во льды под 78끐' с.ш., 133뀷' в.д. Начался исторический дрейф Фрама через Центральную Арктику.