Новым капитаном был назначен старший помощник командира лейтенант Матисен, оказавшийся способным и энергичным офицером. 10 августа 1901 года лед в проливе пришел в движение, однако «Заря» еще крепко сидела в ледяной чаще. Пришлось применить пироксилин, пилы и пешни. Только через два дня она подняла якорь и уверенно пошла на восток.
1 сентября «Заря» бросила якорь на траверзе мыса Челюскина. Группа русских моряков высадилась на берег и провела здесь астрономические, магнитные и геоботанические исследования. Ледовая обстановка позволила совершить плавание в южной и средней частях моря Лаптевых, чем сразу же воспользовался Эдуард Толль. Дальнейший путь к Новосибирским островам был сделан почти по чистой воде, и «Заря» беспрепятственно дошла до северной оконечности острова Котельный, а затем и до острова Беннетта. Но вблизи последнего она сначала вошла в густой туман, а затем встретила первые ледовые поля. В этих условиях поиски «Земли Санникова» теряли смысл. Пришлось вернуться к Котельному и, на этот раз, уже в Нерпичьей губе (лагуна Нерпалах, у западного берега острова) встать на новую зимовку. А здесь продумать планы новых поисков «призрачной» земли. Команда «Зари» встретилась с участниками вспомогательной экспедиции во главе с геологом Константином Воллосовичем. Главной задачей этой экспедиции, перешедшей на Новосибирские острова весной из Усть–Янска, было устройство на островах семи продовольственных складов на случай гибели «Зари». В составе этого отряда было 11 человек, в том числе политические ссыльные — инженер–технолог Михаил Бруснев и студент О. Ционглинский. Основную базу Воллосович создал на мысе Медвежий, где провел все лето 1901 года. В ближайшие дни начались научные исследования на окружающих островах. Особо значимыми стали походы Матисена на северное побережье острова Котельного, а Бялыницкого–Бирули — на остров Новая Сибирь. Однако здесь и началась полоса несчастий в экспедиции. Первым заболел и вскоре умер доктор медицины Г. Вальтер. Его пришлось похоронить прямо на Котельном. На место умершего прибыл новый доктор — политический ссыльный В. Катин–Ярцев.
Во время зимовки Эдуард Толль задумал идти на острова ДеЛонга. Но офицеры и матросы яхты его в этом не поддержали. Согласились с ним пойти астроном Фридрих Зееберг и проводники: эвенк Николай Протодьяконов (Дьяконов) и якут Василий Горохов.
23 мая (5 июня) 1902 года 4 путешественника на собачьих упряжках, захватив байдары, вышли в свой последний поход. С тех пор никто и никогда их уже не видел, а видели только следы их присутствия.
Как выяснилось позже, группа Толля с острова Котельный прошла на Фаддеевский и оттуда на Новую Сибирь. Через неделю они прибыли на Благовещенский мыс, а оттуда — на остров Беннетта. Здесь они приступили к изучению острова, и даже построили из плавника избушку и поварню.
Вследствие крайне неблагоприятного состояния льдов летом 1902 года «Заря» могла выйти из Нерпичьей губы только в начале августа, однако ее сейчас же затерло льдом, в котором судно беспомощно дрейфовало до 17 августа, когда ему удалось пробиться обратно в Нерпичью губу. После ремонта машины 21 августа судно снова вышло в море, но все попытки обогнуть Котельный с севера или подойти к острову Новая Сибирь окончились неудачей. Лейтенант Матисен за это время попытался провести «Зарю» севернее острова Котельный к острову Новая Сибирь, где ее с нетерпением ждала зимовочная партия Бялыницкого–Бирули. Но, встретив тяжелые льды, повернул обратно. Не удалось «Заре» приблизиться и к острову Беннетта. После нескольких неудачных попыток пробиться к намеченным островам лейтенант Матисен, не надеясь на улучшение в состоянии льдов и имея весьма ограниченный запас угля, решил 5 сентября отказаться от снятия оставшихся на Новой Сибири и на острове Беннетта и пошел в бухту Тикси. Как позже выяснилось, это решение стоило жизни Толлю и его спутникам.
8 сентября «Заря» вошла в бухту Тикси, где навсегда закончила свои плавания. Однажды осенним штормом брошенное командой судно выкинуло на прибрежную отмель. Его жалкие остатки были видны в бухте Тикси еще в 1930–е годы.
18 сентября 1913 года у острова Беннетта встали на якоря русские ледокольные пароходы «Таймыр» и «Вайгач», пытавшиеся пробиться с востока в Карское море. В тот день русские моряки обнаружили на острове остатки хижины, в которой некогда жил Эдуард Толь и его спутники. В память о погибших они поставили на острове Беннетта деревянный крест с медной табличкой: «Памяти погибших в 1902 году начальника экспедиции барона Эдуарда Толля, астронома Фридриха Зеберга, проводников Василия Горохова и Николая Протодьяконова. Гидрографическая экспедиция Северного Ледовитого океана 5 сентября 1913 года».
Осенью 1937 года к острову Беннетта пришло советское исследовательское судно «Садко» под командой капитана Н. Храмцова. В бухте Павла Кёппена с судна высадилась поисковая группа. Здесь были обнаружены остатки летовки Толля, парусиновая сумка, кожаная рукавица, напильник, магниты из инклинатора. Тут же лежала доска, на которой астроном экспедиции Зеберг вырезал свою фамилию.
Итак, 26 октября 1902 года путешественники под руководством Толля ушли на поиски Земли Санникова. Но на Ляховские острова не пришли. Очевидно, причиной их гибели стал несчастный случай. Трагическая судьба отважных русских исследователей потрясла современников. Но одновременно она же рассеяла надежды отыскать «призрачную» Землю Санникова, которую за несколько поисковых лет так ни разу и не удалось увидеть, какой бы ясной и тихой ни была погода.
В 1912 году в Ледовитый океан ушли сразу три русские экспедиции. Первая — выдающегося полярного исследователя геолога Владимира Русанова на шхуне «Геркулес», с заходом на Шпицберген и дальнейшим переходом в Карское море вокруг северной оконечности Новой Земли, чтобы потом пробиться в Тихий океан. Вторая — старшего лейтенанта Георгия Седова — на шхуне «Святой Фока» к Северному полюсу и третья — лейтенанта Георгия Брусилова — как и Русанова, тоже в Тихий океан, но уже проторенным Нильсом Норденшельдом путем — вдоль берегов Сибири. Вернулись только две, и те — без руководителей и не в полном составе. В намять о не вернувшихся из Арктики до нас дошла последняя записка Владимира Русанова, которая гласила: «Петербург Ждановка 9. Стюнкель. Юг Шпицбергена остров Надежды окружены льдами. Занимаюсь гидрографией. Штормом отнесены южнее Маточкина Шара. Иду к северо–западной оконечности Новой Земли оттуда на восток. Если погибнет судно направляюсь к ближайшим по пути островам Уединения Новосибирским Врангеля. Запасов на год все здоровы. Русанов». Гонимое попутным штормом экспедиционное судно «Геркулес» очень скоро достигло берегов Новой Земли. 18 августа 1912 года из пролива Маточкин Шар через самоедскую колонию в Поморской губе, Русанов отправил эту единственную весточку о дальнейших планах похода, которую позднее и отыскал известный исследователь Арктики Владимир Визе.
Владимир Русанов родился в 1875 году. После окончания Орловской духовной семинарии в 1897 году он поступил в Киевский университет. Но за участие в революционном движении он был сослан в Вологодскую губернию, где и заинтересовался проблемами Крайнего Севера. После окончания ссылки Русанов уехал в Париж и специализировался здесь в геологии. В 1907 году он впервые участвовал в плавании на Новую Землю, собрал здесь богатый материал для докторской диссертации. Более того, на небольшом карбасе прошел Маточкин Шар с запада на восток и вернулся обратно тем же путем. В следующем году его пригласили принять участие в новоземельской экспедиции под руководством Шарля Бенара на судне «Жак Кортье». В те дни Русанов участвовал в обследовании ледников, бухт и заливов архипелага Новая Земля, на берега которых еще не ступала нога натуралиста. Впервые в истории Новой Земли экспедиция пересекла северный остров пешком, от залива Незнаемого до Крестовой губы. Переход был не из легких, а потому Шарль Бенар любезно предоставил выполнить его своим русским коллегам. И Владимир Русанов с двумя поморами успешно выполнил его.