В феврале 1852 года, когда члены Амурской экспедиции разрабатывали планы своих исследований на летний период, в Петровское приехали с далекой реки Уссури несколько местных жителей. Они рассказали Невельскому о реках Уссури и Суйфус, о возможности выхода по ним к морю. Можно себе представить, как взволновали эти сведения членов Амурской экспедиции, какие заманчивые перспективы открылись перед ними. Но случилось так, что буквально на следующий день пришедшая из Аяна первая зимняя почта доставила из Петербурга распоряжение, подействовавшее на Невельского и его спутников как ушат холодной воды Петербургские чиновники во главе с министром иностранных дел Нессельроде, всячески препятствовавшие работе экспедиции, и на этот раз требовали, как писал Невельской, «не распространять исследований далее земли гиляков, обитающих по Амурскому лиману и в окрестностях Николаевска».
Разгневанный Невельской в ответ на это написал Муравьеву письмо, в котором развил планы своих дальнейших работ, показав себя не только великим исследователем, но и дальновидным политиком. Основываясь на работах экспедиции и только что полученных сведениях, он настаивал на необходимости быстрейшего продвижения к югу, призывая «не следовать указаниям Петербурга, так как при таких мерах… мы легко можем потерять навеки для России этот важный край».
Нарушая директивы Петербурга, Невельской летом 1852 года послал несколько экспедиций, целью которых была подготовка дальнейшего продвижения русских на юг. В результате этих экспедиций были исследованы и описаны район бухты Де-Кастри, озеро Кизи, река Амгунь и другие. Во многих селениях были назначены старшины, которым члены экспедиции оставляли письменные документы, объявлявшие, что весь этот край принадлежит России.
Бошняк летом 1852 года исследовал район между истоками Амгуни и Горина, подпоручик Воронин — Сахалин, другие офицеры — озеро Кизи и бухту Де-Кастри. Результаты экспедиций говорили об одном — необходимо пройти в Де-Кастри и оттуда начать поиски южных бухт.
Осенью 1852 года Невельской разместил несколько складов с продовольствием на пути будущих южных экспедиций. В феврале 1853 года он поручил Бошняку выехать в Де-Кастри, основать там пост и подготовиться к плаванию на юг.
23 мая Бошняком было совершено крупнейшее открытие Амурской экспедиции — найдена южная бухта, названная Бошняком Императорской (ныне Советская Гавань). На берегу бухты Бошняк и его спутники водрузили столб со следующей надписью:
«…Гавань императора Николая, открыта и глазомерно описана лейтенантом Бошняком 23 мая 1853 года на туземной лодке со спутниками казаками Семеном Парфентьевым, Киром Белохвостовым, Амгинским крестьянином Иваном Мосеевым».
Отдавая должное этому открытию Бошняка, Невельской впоследствии писал:
«Результаты открытий и исследований Н. К. Бошняка были очень важны. Он был первым из европейцев, который дал свету точное понятие о северной части побережья Татарского пролива и обнаружил неточное изображение этой части берега на карте Крузенштерна; он открыл на этом берегу одну из превосходнейших и обширнейших гаваней в свете и узнал, что там находится еще несколько гаваней, чем разрушил сложившееся до этого времени мнение, отразившееся на карте Крузенштерна, что будто бы на всем пространстве этого берега — от залива Де-Кастри до корейской границы — нет не только ни одной гавани, но даже какой-либо бухты, сколько-нибудь удобной для якорной стоянки, почему берег этот считался опасным и недоступным. Наконец, он разрешил окончательно весьма важный вопрос: именно, что жители, обитающие на этом берегу, никогда зависимы не были и китайской власти не признавали».
Открытие Бошняка имело огромное значение для будущего всего края; это вынуждены были понять даже царские чиновники. Под влиянием неоспоримых преимуществ, даваемых результатами исследований Амурской экспедиции, а также в связи с ухудшением взаимоотношений с Англией и Францией и опасностью их вооруженного нападения на Дальний Восток правительство признало важность открытий Амурской экспедиции и необходимость занятия Сахалина и южных гаваней.
Считая ошибочным стремление правящих кругов направить главное внимание экспедиции на освоение только Сахалина, Невельской писал Муравьеву:
«Не на Сахалин, а на матерой берег Татарского пролива должно обратить главное наше внимание… Только закрытая гавань на этом побережье, непосредственно связанная внутренним путем с рекою Уссури, обусловливает важность для России этого края в политическом отношении; река же Амур представляет не что иное, как базис для наших здесь действий, ввиду обеспечения и подкрепления этой гавани как важнейшего пункта всего края».
И снова Невельской, этот неутомимый и упорный борец с косностью правительственных чиновников, идет на прямое ослушание: вопреки распоряжениям свыше, он готовит десант не только на Сахалин, но и в Императорскую гавань.
7 сентября 1853 года Невельской во главе так называемого Сахалинского десанта на судне «Николай» вышел из Петровского зимовья.
Командовали десантом майор Буссе и лейтенант 47-го флотского экипажа Рудановский.
19 сентября «Николай» вошел в залив Анива. Основание поста в Императорской гавани имело очень большое значение. Бошняк писал об этом:
«Меня посылали в Императорскую гавань с целью основать там опорный пункт для дальнейших наших исследований южного Манчжурского берега и сообщения его с реками Уссури и Амуром».
Бошняк должен был зимой на собаках, весной на байдарках отыскать путь из Императорской гавани к Амуру и Уссури.
29 сентября «Николай» прибыл в Императорскую гавань. Невельской, осмотрев гавань, приказал ставить пост в Константиновской бухте, а сам направился в Де-Кастри, куда должна была прибыть шхуна «Восток», посланная адмиралом Путятиным.
В Де-Кастри Невельской узнал, что шхуна «Восток» за несколько дней до его прибытия сюда ушла в лиман.
Невельской поспешил в Петровское, а «Николай» возвратился в Императорскую гавань, где 7 октября высадил партию Бошняка на первую зимовку в открытой гавани, превратившуюся и в первую трагедию отважных исследователей. Дело в том, что рано нагрянувшие морозы сделали невозможным возвращение в лиман Амура «Николая».
В результате вместо намечавшихся десяти человек в Константиновской бухте осталось на зимовку девяносто (восемьдесят человек должны были, построив пост, уйти на «Николае»), Ограниченные продовольственные запасы, отдаленность от базы снабжения (500 верст), суровая зима сделали зимовку очень тяжелой. В ноябре началась цинга. Подпоручику Орлову, которого Бошняк послал к Невельскому, лишь в марте удалось добраться до Петровского. Невельской, еще в январе 1854 года узнавший от местных жителей о скоплении людей на зимовке Бошняка, отправил к нему на оленях продовольствие, но зимовщики получили его только в марте, когда цинга уже унесла 20 человек. Остальных спас приход 17 апреля корвета «Иртыш», затем барка «Меньшиков» и, наконец, 23 мая, фрегата «Паллада».
Понимая оборонное значение своих открытий, Невельской много сделал для защиты русских берегов Тихого океана от покушений врага.
На горе Чныррах, в Амурском лимане, была построена крепость. Во всех открытых гаванях ставились военные посты. В 1854 году соратник Невельского по открытию устья великой реки П. В. Козакевич организовал отправку вниз по Амуру флотилии в составе семидесяти пяти барж, во главе с пароходом «Аргунь» (первый пароход, построенный на Шилкинском заводе). 14 мая флотилия пошла вниз по Шилке. 14 июля она в полном составе была уже в Марнинске, где первых поселенцев открытого им края встретил Невельской.
16 мая 1858 года был заключен Айгунский договор с Китаем, который окончательно закрепил за Россией все открытые Невельским земли в бассейне Амура и в Татарском проливе.
Все эти мероприятия по укреплению морских границ русского Дальнего Востока оправдали себя уже в 1854–1855 годы во время Крымской войны, когда англо-французы, не ограничиваясь наступлением на черноморскую твердыню России — Севастополь, сделали попытку атаковать и главную базу Сибирской флотилии — город Петропавловск-Камчатский. Первая атака Петропавловска летом 1854 года была героически отбита защитниками города под руководством В С. Завойко. Весной 1855 года, чтобы сохранить силы защитников тихоокеанских побережий, Завойко эвакуировал гарнизон и корабли флотилии в Николаевск-на-Амуре. Англо-французы, не зная об открытии устья Амура и основании здесь нового порта, не смогли найти русские корабли, а их попытки атаковать ряд пунктов на берегу Татарского пролива были отбиты гарнизонами созданных Невельским постов.