Трудное и опасное (в условиях начавшейся Крымской войны 1853–1856 гг.) плавание продолжалось два с половиной года. Гончаров наблюдал жизнь «классической» страны капитализма Англии, совершил поездку в глубь Капской колонии, посетил Яву, Сингапур, Гонконг, Шанхай, Филиппины, длительное время знакомился с замкнутым феодальным укладом Японии. «Как прекрасна жизнь, между прочим и потому, что человек может путешествовать!» — напишет он во «Фрегате „Паллада“». Обратный путь в Петербург писатель совершил сухим путем через Сибирь и с февраля 1855 возобновил службу в департаменте.
За время путешествия Гончаров «набил целый портфель путевыми записками» и по возвращении в Петербург начал печатание отдельных очерков в журналах. «Очерки путешествия» в 2-х томах под названием «Фрегат „Паллада“» вышли в Петербурге в 1858 г. Критика отозвалась на публикацию в целом благожелательно. Отмечалось, что очерки написаны «блестящим, увлекательным рассказчиком» (Н.А.Добролюбов), с умным юмором, тактом, наблюдательностью; что они отличаются «живостью и красотой изложения, свежестью содержания и той художнической умеренностью красок, которая составляет особенность описаний г-на Гончарова» (Н.А.Некрасов). Гончаров стремился дать, по собственному признанию, не «систематическое описание путешествия», но передать «дыхание жизни». «Фрегат „Паллада“» — своего рода «одиссея», «географический эпос», растянувшееся на два тома повествование о всемирной жизни, с противостоящими в качестве главных «персонажей» буржуазным Западом и феодальным Востоком и символизирующей живое, гармоническое начало Сибирью, прообразом будущей России. Разноликая «масса великих впечатлений» (быта, нравов, лиц, картин природы и т. п.) объединена такими полярными тенденциями мирового бытия, как покой, неподвижность (жизнь феодальной Японии, Ликейских островов) и движение (современная Англия, Соединенные Штаты, осваиваемая русскими людьми Сибирь), национальная замкнутость и национальная открытость, уклад первобытный (стадия «детства») и цивилизованный (стадия «зрелости»). Взгляд Гончарова во «Фрегате „Паллада“» оказался во многих аспектах социально и исторически точным, и, по словам автора, «искомым результатом путешествия» стала «параллель между чужим и своим». Новые впечатления укрепили Гончарова в мысли об объективно назревших экономических и общественно-политических изменениях в России. Жанр книги впитал элементы сентиментального, романтического и научного путешествия, античных сказаний, русского и мирового эпоса. Во многом наследующая русской и европейской традиции «писем путешественника», но и меняющая сложившиеся эстетические каноны книга Гончарова сделалась классическим образцом жанра путешествий в русской литературе.
В марте 1856 Гончаров определяется цензором в Петербургский цензурный комитет. Новая должность с бо́льшим жалованием позволяла писателю почти ежегодно летом уезжать в длительный заграничный отпуск. В первый из таких отпусков, летом 1857 г., Гончаров «на водах» в Мариенбаде в течение 7 недель завершает роман «Обломов» («мариенбадское чудо»), план которого «был готов» еще в 1847. В литературных кругах в начале 1850-х роман был известен под названием «Обломовщина», связанным с содержанием уже написанной первой части. Новое и окончательное название объяснялось выдвижением в идейный и психологический центр судьбы главного героя.
По выходе романа («Отечественные записки». 1859. № 1–4; отд. изд. — СПб., 1859) успех, как вспоминал Гончаров, «превзошел мои ожидания. И Тургенев однажды заметил мне кратко: „Пока останется хоть один русский — до тех пор будут помнить Обломова“». Л.Н.Толстой писал: «Обломов — капитальнейшая вещь, какой давно, давно не было. Скажите Гончарову, что я в восторге от Обломова и перечитываю его еще раз. Но что приятнее ему будет — это, что Обломов имеет успех не случайный, не с треском, а здоровый, капитальный и невременный в настоящей публике». В отзывах критики центральное место принадлежит статье Н.А.Добролюбова «Что такое обломовщина?» (1859), в которой роман оценен как «знамение времени» и выявлена социальная суть «барской», выросшей на почве крепостничества психологии главного героя. Критики славянофильской ориентации осудили «обличительные» социальные тенденции романа (заодно резко отвергли и публицистические тезисы Добролюбова) и выступили с апологией Обломовки, которая представлялась им поэтическим, «полным, художнически созданным миром, влекущим… неодолимо в свой очарованный круг» (А.А.Григорьев). А.В.Дружинин, автор статей о «фламандском» стиле Гончарова, увидел заслугу писателя в том, что тот «крепко сцепил все корни обломовщины с почвой народной жизни и поэзии — проявил нам ее мирные и незлобивые стороны, не скрыв ни одного из ее недостатков». Другие элементы художественной структуры романа позднее были отмечены В.Г.Короленко, И.Ф.Анненским, Д.С.Мережковским, Н.О.Лосским. Тем не менее именно идеи Добролюбова почти столетие определяли восприятие романа, о котором писали в духе положений знаменитой статьи (основные мысли критика разделял историк В.О.Ключевский, В.И.Ленин ценил его революционно-демократический пафос). Постепенно внимание читателей и критиков перемещалось от обличительных мотивов (все, что связывалось с понятием «обломовщина») к другим сторонам поэтической концепции романа. В.С.Соловьев считал, что Гончаров создал «такой всероссийский тип, как Обломов, равного которому по широте мы не находим ни у одного из русских писателей». В главном герое романа все больше привлекает «исключительная человечность… и его „голубиная чистота“» (М.М.Бахтин), его покой «таит в себе запрос на высшую ценность, на такую деятельность, из-за которой стоило бы лишиться покоя» (М.М.Пришвин), и тихий, сердечный протест против низменных и агрессивных тенденций европейской цивилизации, «безумия истории» (Ж.Бло).
В сентябре 1862 Гончаров становится главным редактором официальной газеты «Северная почта», в июне 1863 отказывается от газеты, направление которой ему не удалось реорганизовать в духе большей свободы освещения «наших внутренних, общественных и домашних» событий. Находясь затем на службе в Совете по делам книгопечатания (с июня 1863) и в Совете Главного управления по делам печати (с апреля 1865 и до выхода в отставку в декабре 1867) Гончаров в качестве «цензора цензоров» курировал ряд периодических изданий. В литературных кругах служба Гончарова в цензуре с самого начала вызывала недоумение и неприязнь (характерны резко-иронические заметки А.И.Герцена «Необыкновенная история о ценсоре Гон-ча-ро из Ши-Пан-Ху» (1857)). Вместе с тем цензорская деятельность Гончарова не может быть оценена однозначно. Он настоял на публикации запрещенных или бывших на подозрении цензуры произведений М.Ю.Лермонтова, Н.А.Некрасова, И.С.Тургенева, Н.Г.Помяловского, Ф.М.Достоевского, А.Ф.Писемского и др. Известны, однако, и его жесткие, в русле правительственной политики, отзывы о направлении «Современника», который «соблазнительно действовал на молодое поколение», или «Русского слова», с его «рвением провести в публику запретные плоды… жалких и несостоятельных доктрин материализма, социализма и коммунизма». С декабря 1857 по весну 1858 Гончаров, сохраняя должность цензора, преподавал русскую словесность цесаревичу Николаю Александровичу. В декабре 1859 г. он избран членом Литературного фонда, с 1860 г. — член-корреспондентом Академии Наук по отделению языка и словесности.
