Разумеется, время и перенесённые страдания оставили след на внешности Орлова, но на него по-прежнему заглядывались женщины. Не осталась равнодушной и Харитина. Орлов надеялся, что семейная жизнь притупит боль в душе, которую постоянно носил с собой.
Он ошибся.
23 февраля 1849 года, выполняя приказ Муравьёва, ровно через месяц после свадьбы, Дмитрий Иванович выехал в экспедицию на Амур с тремя проводниками, 40 оленями, шестимесячным запасом провизии и товарами, предназначенными для подарков и мены с обитателями Приамурья. От Аяна до реки Уды он добрался довольно быстро, но дальше начались большие трудности: сильные морозы, очень глубокий снег. Бедные животные выбивались из сил, к тому же оленям трудно было добывать из-под глубокого и плотного снега корм. Продвигались медленно. Ночевали в снегу. Из-за частых метелей проводники сбивались с дороги. Орлов вёл свою экспедицию по компасу. Все проводники переболели, не избежал жестокой простуды и Дмитрий Иванович. Десять дней у него держался сильнейший жар, пока наконец он не смог продолжить путь. Они находились в дороге два месяца, но ещё не встретили ни одного селения. Весна в тот год была на удивление ранняя, и это ещё больше затруднило продвижение путников. Реки разлились, нужно было переправляться не только самим, но и перевозить груз, переводить оленей, чтобы они не разбежались. Как ни торопился Орлов, он не успел увидеть момент вскрытия Амура ото льдов. К первому селению гиляков на реке Коль путешественники подъехали 31 мая.
Жители вспомнили Орлова и приняли его так же приветливо, как и в первый раз, но он почувствовал в них настороженность. Гиляки были обеспокоены появлением судна, которое делало промеры у сахалинского берега. Ничего хорошего от приходящих судов они не ожидали. У них имелся печальный опыт общения с командами китобоев, которые вели себя на берегу как грабители, насильники и убийцы. Судя по описанию, судно, о котором спрашивали гиляки, был транспорт «Байкал», но Орлов заверил их, что это были неизвестные, от которых он пообещал им защиту. Привезённые им товары окончательно подняли настроение аборигенов, и они выделили ему проводника в залив Счастья.
На утлой туземной лодке Орлов обследовал берега от залива Счастья до устья Амура и в самой реке. Сделал промеры в Амуре и в канале, соединяющем его с Охотским морем, произвёл опись, выбрал пригодные для основания поселений места. Везде он налаживал контакты с местными жителями.
21 июля Орлов вернулся в залив Счастья, где дождался Невельского, который прибыл туда на транспорте «Байкал» 17 июня 1850 года. Орлов сумел в ужасающих условиях подготовить карту лимана Амура, по которой можно было плавать по Северному фарватеру в Охотское море. Невельской получил бесценный материал для реализации своих планов. В тот момент он испытывал к нему глубокую благодарность. В письме к Корсакову Геннадий Иванович совершенно искренно писал тогда: «Орлов неоценимый человек, прошу, умоляю Николая Николаевича дать ему пенсион, правда, десяти пенсионов стоит. По его милости гиляки так к нам ласковы и просят защиты». К сожалению, потом Невельской изменил своё отношение. Слишком много знал Дмитрий Иванович того, что лучше бы ему не знать.
В столичных правительственных кругах доклад Невельского встретили с недоверием и довольно холодно. Правительство, да и сам Николай I не горели желанием расширять на востоке империю. Чего-чего, а земель в России хватало, дай бог освоить, что имели. Кроме головной боли, эти приобретения ничего не давали. Понадобились энергия Муравьёва и его убедительные доводы о необходимости Амура для России и выгодах, которые это приобретение несёт. Снабжение Камчатки и колоний было крайне затруднённым. Средств на отправку судов из Кронштадта хватало лишь на редкие рейсы на другой конец света. А на лошадях, оленях и собачьих упряжках много не привезёшь. Например, корабельные канаты приходилось рубить на куски, чтобы доставить их по суше. Посмотришь на карту — вроде единая территория, а фактически Камчатка была как заморская колония. Впрочем, и в наше время её жители называют остальную территорию страны «материком».
Доводы Муравьёва возымели действие. Согласились на то, чтобы под видом торговли Российско-американской компании с гиляками основать на побережье Охотского моря, но ни в коем случае не на Амуре, зимовье секретной Амурской экспедиции. Начальником её назначили Невельского, повысив в звании до капитана 2‑го, а затем, в соответствии с правилами прохождения службы на Камчатке, и 1‑го ранга.
Экспедиция должна была скрытно проводить обследование и опись территорий, прилегающих к реке. При этом всё так засекретили, что запутали руководителей Российско-американской компании на местах, искренно считавших Амурскую экспедицию подразделением компании.
Орлова назначили в подчинение к Невельскому, не предупредив об этом его непосредственных начальников в Российско-американской компании, в результате чего неоднократно возникали недоразумения, из-за которых Невельской выходил из себя.
Штурман доложил Невельскому о проделанной работе и высказал мнение, что зимовье лучше бы заложить в другом месте, где рядом и река, и хорошее береговое сообщение с заливом Счастья. Закладывать зимовье на продуваемой всеми ветрами косе, где шум волн заглушал голоса, не говоря уже об отсутствии питьевой воды и прочих прелестях, было по меньшей мере неразумно. Но переубеждать Геннадия Ивановича было пустое занятие.
Приказы не обсуждаются, и Орлов приступил к строительству зимовья, названного Петровским, а Невельской с двумя гиляками, добрыми друзьями Орлова, убыл на судне в Аян. Гилякам предстояло сыграть роль представителей народа, заветная мечта которого — платить подати русскому царю.
Прибывших «уполномоченных» в Аяне обласкали. Завойко и преосвященный Иннокентий показали им церковную службу, одарили подарками. Невельскому весь этот спектакль нужен был для того, чтобы не только он сообщил Муравьёву о «желании» гиляков войти в состав Российской империи, но имелись бы и свидетели в виде представителей церкви и местных властей.
Всё шло замечательно, по задуманному плану. Невельской решил объявить устье Амура русским владением. Не по своему желанию, а, так сказать, по просьбе местных трудящихся.
На бриге «Охотск» он вернулся с ошеломлёнными неожиданно свалившимся на них счастьем гиляками в Петровское. Там взял на борт ничего не подозревавшего Орлова, с тем чтобы штурман показал ему путь к месту на берегу Амура, где можно организовать поселение.
Хотя ранее Невельской бодро докладывал Муравьёву, что линейные корабли могут входить в Амур, на маленьком бриге делать это он не рискнул. Оставив судно стоять на якорях у входа в северный канал, Невельской и Орлов на двух вельботах прошли до указанного Орловым места на мысе Куегда. Теперь Орлов Невельскому был больше не нужен. Он отправил его обратно на судно. Командиру брига капитан 1‑го ранга дал приказание доставить в Петровское жену Орлова с грудным ребёнком. Тот не видел супругу больше года и только по письмам и рассказам знал, что у него родилась дочь. Экипажу брига Невельской велел остаться на зимовку в заливе Счастья «для подкрепления нашего поселения и фактического влияния нашего в этой стране». Помимо олицетворения морской мощи державы морякам предстояло принять активное участие в возведении построек.