Nel 1848 Nevel'skoj partì per una grande esplorazione delle terre dell'Estremo Oriente Russo, spingendosi fino alle foci dell'Amur e all'isola di Sachalin; fondò numerosi insediamenti, alcuni dei quali crebbero, trasformandosi in città e assumendo ruoli di importanza regionale: fra le principali, Nikolaevsk-na-Amure, fondata nell'agosto 1850 alle foci dell'Amur e Korsakov, fondata nel 1853 nella parte meridionale dell'isola di Sachalin.