Именно эта экспедиция Колчака стала прототипом известного романа Обручева "Земля Санникова". Замысел был дерзким, считалось — нереальным. Идти через Ледовитый океан на шлюпках. В экспедицию вошли политический ссыльный Оленин, боцман «Зари» Бегичев и несколько охотников-тюленепромышленников. Сняв вельбот с разбитой «Зари», они в мае 1903 г. по льду дошли до о. Котельный. Сделали из плавника полозья к вельботу, чтобы двигаться и по льду, и по воде. Ждали вскрытия моря, добывая пропитание охотой. 18.06 вышли в плавание — в сплошном снегопаде, в хаосе льдин, на которые вылезали, пережидая шторм. И добрались до малоизвестного тогда о. Новая Сибирь, а оттуда до о. Беннетта. Нашли материалы экспедиции Толля; карту острова, геологическую коллекцию, записи барона. Исследовали другие острова, осматривая оставленные «Зарей» склады продовольствия. Убедившись в гибели Толля и его спутников, тем же опасным путем, не потеряв ни одного человека, в октябре вернулись на материк.
В Якутске Колчак узнал о войне. Сдав Оленину дела экспедиции, он с трудом добился возвращения в военное ведомство и назначения в Порт-Артур. Много поражений пришлось на долю русского флота в японской войне. И лишь одна крупная победа. Ювелирно рассчитав курс вражеской эскадры, ежедневно обстреливавшей Порт-Артур, заградитель «Амур» поставил точно у нее на пути минную банку. В результате 14.05.04 подорвались и в несколько минут затонули броненосцы «Хатсусе» и «Яшима». Крейсер «Иосино», уклоняясь от мин, столкнулся с крейсером «Касуга», повредил его и тоже затонул, а посыльный корабль «Тацута» распорол себе днище о камни. Среди авторов этой победы был и служивший на «Амуре» лейтенант Колчак. Видно, как пригодилась ему точность гидрографических съемок.
На заключительной стадии обороны, когда японцы день за днем лезли на штурм, Колчак находился в самом аду — командовал одной из морских батарей на сухопутных бастионах. Был ранен и попал в плен. С ранением открылись болезни, полученные в Заполярье, — хроническая пневмония, суставный ревматизм в тяжелой форме. Лечился у японцев, потом через США вернулся в Россию. Был признан инвалидом… Только с осени 1905 г. он вернулся к работе в Академии наук. Его экспедиции дали столько результатов, что они так и не были опубликованы до конца. Карты, промеры высот и глубин, исследования полярных льдов… Кое-что уже в 30-х годах преподносилось советскими плагиаторами как вновь открытое. 10.01.06 Колчак выступил с докладом об экспедиции на о. Беннетта в Русском географическом обществе. Оно присудило ему Большую золотую медаль, свою высшую награду "за необыкновенный и важный географический подвиг, совершение которого сопряжено с трудом и опасностью".
Но как военный моряк и патриот, едва восстановив силы, Колчак активно начинает работать и в другой области — над восстановлением погибшего флота. Он выступает одним из главных инициаторов и идеологов создания в России Морского Генерального штаба, и после образования этого органа был к нему причислен, заведуя в МГШ Балтийским театром военных действий. Об уровне работы говорит тот факт, что молодые генштабисты в 1906 г. ошиблись лишь на год, придя к выводу, что в 1915 г. Германия начнет войну против Франции, а России придется выступать против Германии. Колчак стал одним из авторов новой судостроительной программы. Критически отнесясь к модным программам британского флота строительству тяжелых дредноутов, русские новаторы предложили создание совершенно новых кораблей, сочетающих мощное крейсерское вооружение и быстроту миноносцев. Вместе с такими видными специалистами, как академик А. П. Крылов, В. М. Альтфатер, Н. Н. Зубов, Колчак участвовал в разработке легких крейсеров и эсминцев.
Параллельно продолжались и дела заполярные. Под руководством Колчака осуществлялась подготовка новой гидрографической экспедиции Ледовитого океана, строительство ледоколов «Вайгач» и «Таймыр». В чине капитана 2-го ранга он был назначен командиром «Вайгача». Через южные моря экспедиция прошла во Владивосток и совершила в 1910 г. исследовательское плавание по Берингову морю. Потом Колчака отозвали в Петербург, а выпестованная им экспедиция под руководством Б. Вилькицкого провела в Ледовитом океане 4 года. Впервые прошла Северный морской путь с востока на запад, открыла Землю императора Николая Второго (ныне Северная Земля: о-ва Октябрьской революции, Большевик, Комсомолец, Пионер), о. Цесаревича Алексея (ныне о. Малый Таймыр), пролив Вилькицкого. Кстати, единственная фамилия белогвардейца, каким-то чудом уцелевшая на советских картах.
А Колчака отозвали в военное ведомство. В условиях надвигающейся войны отпускать такого специалиста на несколько лет во льды было бы накладно. Он продолжал уделять внимание полярным делам, в частности раскритиковал план экспедиции Седова к Северному полюсу, указал на уязвимые места и предсказал возможность катастрофы. Седов не послушал предупреждений… Но научные заботы волей-неволей отодвигались на второй план. Много ли времени оставляли для них напряженная работа в МГШ, разработки по перевооружению флота, маневры и учения?
В 1914 г. Колчак разработал план минной постановки, перекрывшей врагам вход в Финский залив. Благодаря ему ни один германский корабль за всю войну так и не прорвался к Петрограду. Между прочим, его план был без изменений использован и в 1941 г. И тоже сыграл решающую роль в морской обороне Ленинграда. Колчак участвовал в разработке практически всех операций Балтфлота в 1914–1915 гг., командовал минной дивизией, а затем всеми морскими силами Рижского залива. Совместно с сухопутными частями 12-й армии ген. Радко-Дмитриева провел десантную операцию, сорвавшую немецкое наступление на Ригу. В 1916 г. в связи с осложнившейся обстановкой на юге Колчак был произведен в вице-адмиралы и назначен командующим Черноморским флотом…
Положение там было не блестящим. Русские корабли отсиживались в портах, на море хозяйничали турки, болгары и германская эскадра из новейших крейсеров «Гебен», "Бреслау" и нескольких подлодок. Обстреливали прибрежные города, наносили удары по коммуникациям, снабжавшим через Новороссийск Закавказский фронт. Приняв дела, Колчак немедленно начал активную войну. Уже на следующий день после вступления, в должность он вышел в море на корабле "Императрица Мария", встретил под Новороссийском «Бреслау», обстрелял и обратил в бегство. А через несколько дней минные суда под непосредственным руководством Колчака закупорили Босфор заграждением, на котором подорвался и вышел из строя до конца войны «Гебен». Всякую мелочь разогнали по турецким и болгарским портам. И до 1918 года море для вражеских кораблей оказалось закрыто.
Под началом Колчака началась подготовка Босфорской операции — десанта на Константинополь. Ему подчинили Дунайскую флотилию, специально сформированную Черноморскую пехотную дивизию (первая русская морская пехота). Операция намечалась на 1917 год… Колчак считал, что вооруженные силы должны быть вне политики. Поэтому с начала революции он полностью взял под контроль обстановку, информировал команды о событиях в столице. Организовал присягу Временному правительству, вместо стихийных митингов устроил парад по случаю победы революции и торжественные похороны останков лейтенанта Шмидта. А вслед за тем — рейд всем флотом вдоль турецких берегов. Как он объявил: "Чтобы противник знал, что революция революцией, а если он попробует явиться в Черное море, то встретит там наш флот".