Поступившее предложение Колчак принял немедленно. Вопрос о временном переводе его с военной службы в распоряжение Академии наук был благополучно решен. Из Греции через Одессу он вернулся в Петербург и в январе 1900 г. явился к Толлю.
Начальник экспедиции предложил А. В. Колчаку руководить гидрологическими работами, а кроме того, быть и вторым магнитологом (помощником Ф. Г. Зеберга)*. Всю зиму и весну последнего года девятнадцатого столетия Колчак употребил на подготовку к экспедиции. Он работав в Павловской магнитной обсерватории, изучая теорию и производя практические работы по магнетизму. Работал и в петроградской Главной физической обсерватории.
* Позднее из-за конфликта с начальником экспедиции командир судна Н. Н. Коломейцев покинул его. Командиром стал Ф А. Матисен, А. В. Колчак назначается старшим офицером — первым помощником командира.
21 июля 1900 г. экспедиция на специально оборудованном, приобретенном в Норвегии судне «Заря», двинулась по Балтийскому, Северному и Норвежскому морям к берегам Таймырского полуострова, где предстояла первая зимовка. До того А. В. Колчак пробыл некоторое время в Норвегии , где оборудовалась «Заря». Там он занимался у знаменитого полярного исследователя Ф. Нансена. Во время плавания и зимовок на Таймыре и на Новосибирских островах Колчак, как и другие члены экспедиции, напряженно трудился, вел гидрографические, океанографические работы, плавал на катере, измерял глубины, наблюдал за состоянием льдов, делал наблюдения над земным магнетизмом. Совершал поездки по суше, исследуя малоизвестные места побережья материка и островов. В октябре 1900 г. он участвовал в поездках Толля к фиорду Гафнера с целью устройства там продовольственного депо (во время этого путешествия была определена истинная форма Таймырской губы). В апреле — мае 1901 г. они вдвоем с Толлем путешествова-ли по Таймыру (на протяжении 500-верстного пути Колчак вел маршрутную съемку). Позднее Колчак со спутниками, а где и в одиночку, впервые пересек остров Котельный, измерив высоты, проехал поперек Земли Бунге от устья р. Балыктах к южной части острова Фаддеевского, совершал поездки по льду к западу и северу от острова Бельковского, открыл остров, названный именем Стрижева. И здесь, опираясь на свидетельство одного из участников экспедиции, следует отметить, что Колчак вовсе не с одинаковым рвением брался за любую работу. Он охотно, с большим увлечением делал то, что, с его точки зрения, было необходимо, вызывало у него интерес. Командир «Зари» Н. Н. Коломейцев отмечал, что Колчак «на всякую работу, не имеющую прямого отношения к судну, смотрит, как на неизбежное зло, и не только не желает содействовать ей, но даже относится к ней с какой-то враждебностью». Колчаку, выходит, была присуща определенная «избирательность» в работе. В рассматриваемом конкретном случае он сам в какой-то мере подтверждал это: «…Я испытывал… неприятное чувство задержки судна с необходимостью торопиться… мы всегда куда-то торопились как на пожар, зачастую черт знает для чего и зачем».