На небольшой морской шлюпке, в сопровождении двух проводников и шести матросов Невельской поднимается на 100кмвверх 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.
Однако эти предположения Невельского, как мы теперь знаем, не имеют под собой основания, ибо не существует единого хребта, следующего от верховьев реки Уды к Корее, как не существует и того поворота Станового хребта, о котором он писал.
Гораздо существеннее было другое. Оно заключалось в том, что китайское правительство ни в какой мере не осуществляло своего суверенитета над территориями к востоку от Амура и Уссури. Оно не имело здесь своей администрации, городов и войск, не имело флота, наконец не собирало дани, которой ему не платили местные тунгусские племена; оно фактически не считало Приморье и Приамурье китайскими, и это было самое важное. Больше того по словам маньчжуров, посещавших нижнее Приамурье для торговли с гиляками, им даже запрещалось ездить на левобережье и в низовья Амура и, если они это делали, то делали тайно, нарушая этим прямое запрещение своего правительства. В этом факте заключалось гораздо больше оснований, чем те, который искал Невельской для решения пограничного вопроса.
Второй поставленный им вопрос -- морской -- преследовал цель отыскания удобных защищенных гаваней на побережье Татарского пролива, которые были бы связаны удобными внутренними путями с Амуром и Уссури. Такие гавани и пути и были обнаружены, описаны и положены на карту.
Невельской вменял в обязанность своим сотрудникам обращаться с местными жителями дружелюбно, он требовал не вмешиваться в их жизнь, обычаи и верования и, знакомя их с русской культурой, отнюдь не навязывать силой чуждые им обычаи. Этим было достигнуто установление самых дружеских отношений; население нижнего Амура действительно видело в русских своих защитников, и потому Н. Н. Муравьев, спускаясь в 1854 году с первым сплавом вниз по Амуру, с удивлением отмечал, что ниже устья Сунгари он и его спутники попали в страну, как бы давным-давно принадлежавшую России. Приём, оказанный ему, был весьма дружественным, в то время как выше Сунгари, куда не распространял свою деятельность Невельской, население, завидя шедшие сплавом суда, разбегалось. Дружелюбие народов Приамурья было результатом внимательного и человечного отношения к ним Невельского и его сотрудников, которые привили этим народам первые навыки к земледелию, лечили их и обучали детей грамоте.
Жизнь на песчаной кошке в заливе Счастья, который был открыт Невельским во время плавания в 1849 году, была нелегка: не было достаточного количества свежих продуктов, не было теплой одежды и обуви. Дома, построенные из сырого леса, при постоянных, насыщенных влагой, туманах летом и зимой и большом количестве летних осадков во время муссонных дождей, были сырыми. Вдобавок, не было стекол, окна были закрыты миткалем, зимой из-за этого в домах было очень холодно. Люди от стужи, недоедания и тяжелых изнурительных поездок по неизвестному бездорожному краю болели зимой цынгой.
Российско-Американская компания, задетая успехами Невельского на Амуре, охарактеризованном её работниками в самых чёрных красках, как бесполезной для России реке, готова была придраться к любому случаю, чтобы недодать, недослать, одним словом, насолить "противнику". Так, в 1852 году, считая, что суммы, отпущенные правлению компании для снабжения Амурской экспедиции, уже израсходованы, она отдала распоряжение начальнику своей Аянской фактории и порта А. Ф. Кашеварову не снабжать продовольствием Амурскую экспедицию свыше отпущенных сумм. Поэтому, того не ожидая, Невельской получил такое количество продуктов, которое обрекало его людей на медленную голодную смерть.