Здесь, между мысами Лазарева и Муравьева на материке и низменным мысом Погоби на Сахалине, вместо установленного Лаперузом-Браутоном, Крузенштерном и Гавриловым перешейка, Невельской открыл названный впоследствии его именем пролив шириной в 7 км и с глубинами от 6 до 14 м. Двигаясь этим проливом дальше на юг, Невельской 24 июля достиг тех мест, до которых с юга доходили Лаперуз и Браутон. Сомнений больше не было: Сахалин оказался островом.
Невельской подтвердил поколебленную было силой авторитетов трёх знаменитых путешественников истину, установленную задолго до них первыми русскими исследователями и картографами, которые в основном правильно описали и нанесли на карту берега этой части Тихого океана. Легенда, созданная Лаперузом, бесславно окончила свои дни. Невельской повернул на север и 1 августа прибыл на «Байкал». Практические результаты достигнутого были огромны. Им были доказаны:
1. Существование морского пролива между Сахалином и материком и
2. Существование фарватеров вдоль материкового и Сахалинского берегов, доступных для судов с осадкой в 15 футов (4,5 м), а из Охотского моря — до 12 футов (3,6 м).
Главная цель была достигнута — проходимость лимана была доказана; кроме того, попутно было установлено, что, кроме небольших гиляцких деревушек, в устье Амура нет ни китайских военных сил, ни крепостей, ни флота.
Считая свою миссию на первом этапе исследований в низовьях Амура законченной, Невельской 8 августа повернул на север и 3 сентября прибыл в Аян. Попутно Невельской подробно исследовал и нанес на карту, имевшие до него неправдоподобные очертания, берега юго-западного побережья Охотского моря, где им были открыты залив Счастья и большой и хорошо закрытый от всех ветров залив Николая. Его прибытие произвело большое впечатление на жителей Аяна, так как все считали «Байкал» уже погибшим. Тут он получил, наконец, утвержденную Николаем I инструкцию, а находившийся в это время в Аяне по пути из Камчатки Н. Н. Муравьёв с любопытством выслушал доклад Г. И. Невельского о сделанных открытиях, которые, как показало будущее, сыграли большое значение при определении границ с Китаем.
4 августа с рапортом Невельского и письмом Муравьёва к Меньшикову в С.-Петербург был отправлен курьером штабс-капитан М. С. Корсаков. Муравьёв в своем письме подчеркивал, что все сделанное Невельским было произведено в пределах дозволенного ему времени и без всяких специальных ассигнований, исключительно на суммы, отпущенные для доставки груза из Кронштадта в Петропавловск.
Когда отправленный с М. С. Корсаковым рапорт Невельското дошел С.-Петербурга, он произвел там впечатление грома, раздавшегося среди безоблачного неба. Ни Нессельроде, ни Врангель не хотели верить прочитанному в рапорте и, считая поступок Невельского (исследование в лимане до Получения инструкции) дерзким, требовали его наказания, "чтобы никому не повадно было делать что-либо по собственному попущению". Такова была реакция столичных бюрократов и чиновников в отношении человека, смело и упорно стремившегося к благородной цели — открыть для Родины новые горизонты, дать ей возможность получить на востоке выход к морю, которого она была лишена. В заседании Особого комитета, несмотря на представленные Невельским подлинные путевые журналы и составленные на их основании карты, Нессельроде заявил, что сообщаемое им не соответствует мнению таких авторитетов, как Лаперуз, Браутон и Крузенштерн, и что поэтому Комитет не может серьезно считаться с его показаниями, что он ошибся и вводит всех в заблуждение. Нессельроде добавил, что сведения Невельского об отсутствии китайских войск и флота ложны, о чём в Министерстве иностранных дел имеются точные сведения от русской миссии в Пекине. За весь этот обман Невельской должен быть примерно наказан и разжалован в матросы.
На возводимые обвинения Невельской отвечал, что он ручается головой за каждое свое слово, за точность и правильность всех наблюдений, что разжаловать его никогда не будет поздно и в распоряжении правительства имеется достаточно средств для проверки его сведений. И если бы предположения Нессельроде даже в малой степени оправдалась, он готов понести любую кару. Благодаря поддержке присутствовавших на заседании Н. Н. Муравьёва и Л. А. Перовского и смелым, решительным объяснениям самого Геннадия Ивановича, Особый комитет, в конце концов, ограничился лишением следовавшей Невельскому по закону награды и, вынес решение, утвержденное 3 февраля 1850 года Николаем I: "основать где-нибудь на юго-западном побережье Охотского моря зимовье для расторжки с гиляками", но "ни под каким видом не касаться лимана и реки Амура". Одновременно было решено для охраны этого зимовья выделить из имевшихся в Охотске людей 25 казаков и матросов. Наблюдение за указанными мероприятиями Комитет возложил на Н. Н. Муравьёва, а исполнение их на месте поручалось произведенному в капитаны 1-го ранга Г. И. Невельскому, прикомандированному для этой цели в распоряжение Н. Н. Муравьёва. Таковы были официальные решения Особого комитета.
Однако сразу же по прибытии в залив Счастья и основания там требуемого инструкцией зимовья Невельской приходит к заключению, что здесь никогда нельзя будет создать надежный порт, и принимает решение отправиться в устье Амура. На небольшой морской шлюпке, в сопровождении двух проводников и шести матросов Невельской поднимается на 100 км вверх по Амуру и устанавливает здесь отсутствие признаков китайского влияния, это побуждает его действовать. Спустившись вниз до мыса Куегда, Невельской 1 (13) августа 1850 года, на свой страх и риск, поднимает над Приамурьем русский флаг, основывает Николаевский пост и объявляет собравшимся гилякам и приехавшим к ним для торговли маньчжурам, что отныне Россия считает весь этот край с островом Сахалином "своей принадлежностью".
Нессельроде, возмущенный самовольными действиями Невельского, решил разжаловать Геннадия Ивановича в матросы. Об этом состоялось постановление Особого комитета, и соответствующий указ был прислан на подпись Николаю I, который, по ходатайству Н. Н. Муравьёва, разорвал в присутствии вызванного им Невельского приказ о разжаловании, вернул ему чин капитана 1-го ранга и вдел в петлицу Владимирский крест, сказав при этом: "где раз поднят русский флаг, он уже спускаться не должен". Решение было таким образом принято и как раз такое, которого все время добивался Невельской.
Нессельроде, которому было поручено снова собрать для пересмотра ранее принятых решений Особый комитет, уступил, однако, только частично. В новых постановлениях Комитета, помимо признания факта объявленной Невельским принадлежности устьев Амура России, одновременно требовалось "никаких дальнейших распространений в этой стране не предпринимать и отнюдь никаких мест не занимать". Этим же постановлением под начальством Г. И. Невельского учреждалась особая Амурская экспедиция в составе 60 нижних чинов при трёх офицерах, главное наблюдение за которой поручалось генерал-губернатору Восточной Сибири.
Как видим, до сих пор роль Н. Н. Муравьёва сводилась к выступлениям в защиту Невельского в Особом комитете, в поездках к Николаю I с просьбой о снятии разжалования и потому не может считаться активной в том смысле, в каком была приписана в последующем Муравьёву вся полнота инициативы в разрешении Амурского вопроса. Невельского ведь защищали и другие, но никто из них не претендовал затем, на роль инициатора присоединения Приамурья к России. Наконец, Муравьёв защищал Невельского и по долгу службу, как губернатор Восточной Сибири, понимающий необходимость и важность владения Амуром, этим естественным выходом к Тихому океану. Но всего указанного было далеко еще не достаточно для того, что произошло позднее, когда всё, кроме роли чуть ли не слепого исполнителя муравьёвских воли и предначертаний, было отобрано у Невельского панегиристами Муравьёва.
В течение последующих пяти лет, с 1850-го по 1854 год, Невельской с присущей ему исключительной энергией, имея в виду полное присоединение всего края к России и вопреки запрету не распространять своих исследований и не занимать новых мест, ставит перед собой в качестве ближайшей задачи разрешение двух вопросов — пограничного и морского.
По первому надо было установить, где же по Нерчинскому договору должна проходить или проходит граница с Китаем.
Он посылает своих помощников Н. М. Чихачёва и Д. И. Орлова для исследования направления Хинганского хребта, желая доказать, что не Становой, а Хинганский хребет, делающий, по его предположению, в верховьях реки Уды крутой поворот сначала на восток, юг и юго-восток и так «протягненный» до Японского моря, должен считаться границей России с Китаем. Он полагал, что граница должна итти не там, где, ее показывали на современных ему картах — выходящей к Охотскому морю параллельно течению реки Уды, а следующей на юг к Японскому морю и Корейской границе по водоразделу между реками Сунгари и Муданьцзянь.
