Третий отряд экспедиции должен был описать побережье на запад от устья Лены. Основная трудность состояла в том, что за устьем Хатанги берег Таймыра уходил далеко на север – не к самому ли полюсу? Начальник отряда Василий Васильевич Прончищев, который взял с собой из Якутска в экспедицию молодую жену, 7 августа 1735 г. на дубель-шлюпке «Якутск» вышел в море, но уже в концу месяца, дойдя только до устья Оленека, остановился на зимовку: в судне открылась течь, и ударили сильные морозы.
Весной 1736 г. он заболел цингой, но все-таки 3 августа вышел в море и продвинулся вдоль берега на запад к устью Анабара; он дал краткую характеристику возвышенности (до 315 м), протягивающейся между устьями Оленька и Анабара (теперь кряж Прончищева, длина 180 км). После съемки лимана Анабара Прончищев повернул на север, принял о. Большой Бегичев за устье реки, но усмотрел остров (о. Преображения, названный так ровно год спустя, 14 августа 1739 г., Х. П. Лаптевым).
«Якутск» шел вдоль восточных и северо-восточных берегов Таймыра при попутном ветре и довольно хорошей погоде, открыл 16 августа небольшую бухту и несколько островов, в том числе о-ва Петра, а на второй и третий день – большой залив (Фаддея), где стояли неподвижные льды, и о-ва Фаддея и Самуила (с 1935 г. о-ва Комсомольской Правды). Западнее их Прончищев увидел залив (Терезы Клавенес), ошибочно принятый им за устье р. Таймыры, а к югу в отдалении на материке отметил горы – восточное окончание гор Бырранга. Погода стала портиться, видимость ухудшилась из-за наступавшего с востока тумана. Но моряки продолжали медленное движение к северу, держась чуть восточнее кромки льдов и производя промеры глубин. Вскоре они потеряли из виду берег, на западе появились почти сплошные льды с редкими разводьями, глубины возросли. В момент кратковременного прояснения удалось определиться: «Якутск» находился на 77°29' с. ш. Лавируя во льдах, судно прошло на север еще некоторое расстояние – советские историко-географы доказали, что 20 августа Прончищев достиг 77°50' или даже 77°55' с. ш., т. е. продвинулся севернее мыса Челюскин к восточному входу в пролив Вилькицкого. За время работы Великой Северной экспедиции в арктических морях только «Якутску» удалось проникнуть так далеко на север по чистой воде. Пасмурная погода помешала морякам увидеть архипелаг Северная Земля и самый, северный мыс Евразии.
«Из-за великих льдов» и усиливающегося мороза по решению консилиума (совета) судно повернуло к югу. Командир был смертельно болен, и «Якутск» вел штурман Семен Иванович Челюскин. Ни полное безветрие, длившееся около 5 ч, вынудившее идти на веслах при больших холодах, ни сильные штормы, ни ледяные поля, грозившие раздавить суденышко, не смогли помешать полярным мореходам – 28 августа они подошли к устью Оленька. Через день от цинги скончался Прончищев, а его жена Мария умерла 12 сентября; их похоронили рядом. К декабрю Челюскин завершил составление карты побережья от устья Лены до залива Фаддея и обработку материалов отряда, не выполнившего главного задания достичь Енисея морским путем. 14 декабря Челюскин двинулся в Якутск на собачьих упряжках и прибыл туда 28 июля 1737 г. В конце лета боцман Василий Медведев привел судно в Якутск.
Начальником отряда был назначен недавно произведенный в лейтенанты Харитон Прокофьевич Лаптев. На отремонтированном «Якутске» он вышел из дельты Лены в море 21 июля 1739 г. курсом на запад и вскоре обнаружил бухту, названную Нордвик. Опись ее, выполненная геодезистом Никифором Чекиным, бьша повторена лишь в ХХ в. Продвигаясь далее к западу, Х. Лаптев вышел в Хатангский залив и простоял за большой «ледяной горой» до 14 августа, пережидая сильные северные ветры, нагнавшие массу льда. Когда погода улучшилась, «Якутск» двинулся на север вдоль сначала высокого скалистого, а на третий день низкого берега Таймыра, повторяя маршрут В. Прончищева. В отличие от него Х. Лаптев вед более точную съемку и давал названия большинству обнаруженных объектов, уже открытых предшественником. Ему не удалось повторить успех В. Пронищева: дальнейший путь преграждали неподвижные льды, дожди все чаще сменялись снегопадом и заморозками. 21 августа одна из поисковых групп, направленных Х. Лаптевым на берег под командой Н. Чекина, усмотрела остров (о. Большой из о-вов Комсомольской Правды). В тот же день консилиум (т. е. совет всех унтер-офицеров судна) постановил вернуться в низовья Хатанги, так как подыскать в этих широтах место для зимовки не удалось. Через неделю «Якутск», подгоняемый штормовым попутным ветром, подошел к устью р. Блудной, правого приток Хатанги, открыв по пути остров (Малый Бегичев). На карту были нанесены оба берега Хатангского залива (западный более детально).
Стоянку для судна выбрали в заливчике между устьями рр. Блудной и Попигая. Во время зимовки Х. Лаптев ввел питание мороженой рыбой (строганиной) – и в его отряде никто не болел цингой. Зимнее время он решил использовать для изучения внутренних районов Таймыра. Зимой боцман В. Медведев дважды пересек Таймыр: 21 октября 1739 г. он двинулся на собаках на запад до открытой им р. Дудыпты и по ней и р. Пясине спустился к морю. Он смог осмотреть чуть более 40 км побережья к востоку от ее устья – помешали сильные морозы – и в конце апреля 1740 г. тем же путем вернулся к отряду. Длина его санного маршрута в оба конца составила около 2,3 тыс. км.
Весной 1740 г. геодезист Н. Чекин на собачьих упряжках пересек п-ов Таймыр с востока на запад. 23 марта он двинулся от нижней Хатанги к озеру Таймыр – самому крупному северному водоему Земли, а далее до р. Таймыре к ее устью, окончательно доказав, что она впадает в Карское море, т. е. значительно западнее, чем полагал В. Прончищев. Затем он осмотрел морской берег к западу от устья Таймыры на протяжении более 100 км. Оттуда он прошел на север, приняв прибрежные острова (архипелаг Норденшельда, включая о. Русский) за выступ материка. Обойдя его с севера, Н. Чекин, потерявший почти всех собак, 17 мая вернулся на базу. Его поход утвердил Х. Лаптева в мысли, что надежнее всего (при условии обеспеченности продуктами и кормом для собак) производить опись берегов п-ова Таймыр зимой сухим путем, но решил сделать еще одну попытку прорваться через льды морем в устье Енисея.
В конце лета 1740 г., как только позволила ледовая обстановка, Х. Лаптев двинулся на «Якутске» на север вдоль берега Таймыра. По выходе из Хатангского залива (начало августа) он убедился, что земля, принятая им в прошлом году за полуостров, расположенный севернее бухты Нордвик, отделена от материка проливом (о. Большой Бегичев). «Якутск» прошел до 75°26' с. ш., попал в дрейфующие льды и был раздавлен. Вечером 15 августа команда покинула судно, выгрузила все запасы на льдину, а затем перебралась на берег. Около полумесяца ушло на переброску провианта и имущества, но все спасти не удалось – льдину отнесло от побережья. И Х. Лаптев принял верное решение – идти к месту прежней зимовки. 15 октября он вернулся на Хатангу, а через девять дней туда же прибыла группа С. Челюскина, вышедшая позже.
Для описи берегов Таймыра Х. Лаптев разбил свой отряд на три партии. Первая под командой С. Челюскина отправилась 17 марта 1741 г. Передвигаясь на трех собачьих упряжках, он к 1 июня описал р. Пясину и участок западного берега полуострова длиной около 500 км; у мыса Лемана он повстречал Х. Лаптева. В географической литературе до последнего времени местом встречи считался мыс Стерлегова. В. А. Троицкий доказал, что это произошло в 100 км севернее – у входного мыса залива Миддендорфа. 15 апреля на, север двинулась партия Н. Чекина, также на трех упряжках. Он произвел съемку 600 км восточного берега Таймыра от устья Хатанги до 76°35' с. ш., но из-за снежной слепоты 17 мая вернулся к зимовью. Последняя партия, руководимая Х. Лаптевым, на двух упряжках ушла в поход 24 апреля, т. е. в начале полярного дня, и по долине Таймыры 6 мая добралась до ее устья. Он первый сообщил о тавгийцах (ныне они называются нганасанами).
Другая запись в путевом дневнике Х. Лаптева содержит первую характеристику центральной части гор Бырранга: «...северный берег [озера] весь состоит высокими горами каменными... и вниз по реке, по обе стороны [на протяжении первых 20 км] берега каменные, утесные»; к югу и северу местность ровная. На морском берегу Х. Лаптев выполнил астрономические определения и ему стало ясно: устье Таймыры расположено дальше к западу, чем считали до тех пор. Изменив первоначальный план, он двинулся не на запад, к С. Челюскину, а на северо-восток, навстречу Н. Чекину, шедшему, как выяснилось, самым длинным маршрутом. Вместе с солдатом Константином Хорошевым Х. Лаптев смог пройти только до 76°42' с. ш. 13 мая он поставил там для Н. Чекина знак и, страдая от снежной слепоты, вернулся в Таймырскую губу.
Едва оправившись от болезни глаз, Х. Лаптев пошел на запад, усмотрел и описал несколько островков (из архипелага Норденшельда) но из-за длительных сильных туманов, повторив ошибку Н Чекина принял более крупные острова за продолжение материка. Поднявшись к северу, по его данным, до 76°38' с. ш. (истинная широта составляла 77°10' с. ш. – северная оконечность о. Русского), 25 мая он повернул на юго-юго-запад, вновь увидел несколько островов того же архипелага и опять посчитал их за берег материка, правда один он уверенно назвал островом (о. Макарова). Как уже отмечалось выше, 1 июня у мыса Лемана Х. Лаптев встретил С. Челюскина. Согласно В. Троицкому, в совместном походе они выявили и нанесли на карту ряд бухт, мысов (в том числе Штеллинга и Поворотный) и прибрежных островов.
9 июня оба вернулись к устью Пясины, где вновь разделились: Х. Лаптев на лодке поднялся по реке до озера Пясино, а оттуда на оленях добрался до Енисея. С. Челюскин же на собаках, оленях и лодках, вторично положив на карту берег между устьями Пясины и Енисея, догнал Лаптева. В устье р. Дудинки, куда они прибыли 11 августа, их встретил Н. Чекин. После того как были приведены в порядок материалы описи, выяснилось, что незаснятым остался самый тяжелый северный участок длиной 400 км, т. е. все еще не удалось установить, где на севере кончается Таймыр.
Этот важный географический вопрос разрешил С. И. Челюскин и два его спутника – солдаты Антон Фофанов и Андрей Прахов. Из Туруханска, куда отряд Х. Лаптева перебрался на зимовку, партия С. Челюскина вышла 5 декабря 1741 г. к устью Хатанги, а 3 апреля 1742 г. начала движение на север. Почти через месяц она добралась до мыса Фаддея – далее простирались неведомые берега. Пасмурные дни сменялись ясными, иногда бушевала метель. 6 мая в ясную погоду удалось определиться – партия находилась на 77°27’ с. ш. 8 мая после снежной бури наступило некоторое затишье. Продвинувшись за эти дни всего на 16 км, С. Челюскин увидел мыс, от которого берег поворачивал на юго-запад, и занес в свой походный журнал короткую запись, ставшую знаменитой: «Сей мыс каменный, приярный [обрывистый], высоты средней. Около оного льды гладкие и торосов нет. Здесь именован мною оный мыс Восточно-Северный». Ныне этот мыс (77°41' с. ш.) носит имя Н. Чекина, а самая северная точка Европейско-Азиатского материка и материковой суши вообще – мыс Челюскин (77°43' с. ш.), пройденная С. Челюскиным в полночь с 8 на 9 мая после пересечения небольшого залива, не произвела на него впечатления: в журнале он отметил, что берег здесь очень низкий и песчаный с «небольшим выгибом». Оттуда С. Челюскин повернул на юго-запад и страдая от снежной слепоты и голода, закончил опись берега у 76 °42’ с. ш. — пункта, до которого в 1741 г. доходил с запада Х. Лаптев. Протяженность заснятого С. Челюскиным побережья составила около 1600 км, общая длина санных маршрутов – 6300 км. Его группу 15 мая выручил К. Хорошев, доставивший продовольствия, а главное, корм для ослабевших собак. Через озеро Таймыр С. Челюскин на собачьих упряжках добрался до верховьев р Дудыпты, оттуда на лодках, оленях и вновь на лодках 20 июля прибыл в Typyханск. В начале 1743 г. Весь отряд достиг Петербурга.
Х. Лаптев и его сотрудники, главным образом С. Челюскин, открыли крупный (площадью около 400 тыс. км2) полуостров Таймыр и засняли более 3,5 тыс. км побережья Азии между Енисеем и Леной. Адмиралтейств-коллегии Х. Лаптев представил карту, на которой впервые – и довольно точно – нанесен п-ов Таймыр, рр. Пясина с одноименным озером в истоках, Хатанга с ее составляющими Хетой и Котуем, вытекающими из озера Исей (Ессей), ряд притоков этих рек, а также западная часть озера Таймыр с рр. Верхней и Нижней Таймырой. Практически верно «холмиками» показана южная граница Северо-Сибирской низменности на протяжении 1,5 тыс. км. Карту дополняла научная работа «Описание... [территории] меж реками Лены и Енисея...», содержащая большой географический и этнографический материал, тем более интересный, что он был собран первым образованным исследователем Таймыра. Западное побережье полуострова с 1900 г. получило название берег Харитона Лаптева.