В начале 1936 г. академик Отто Юлиевич Шмидт выступил на заседании Политбюро ВКП(б) с проектом организации воздушной экспедиции на Северный полюс и экспедиции на дрейфующих льдах. Политбюро приняло соответствующее решение. Начальником экспедиции на Северный полюс был назначен Шмидт, начальником летного отряда – знаменитый летчик М. В. Водопьянов, а начальником дрейфующей станции СП-1 – Папанин. При назначении учитывался не только богатый опыт Папанина по организации полярных станций, но и его напористость, деловитость, а главное – жизнерадостность. Шмидт считал, что именно это даст возможность полярникам получать от него заряд бодрости и оптимизма, столь необходимый в ледяной пустыне.

Началась длительная и кропотливая подготовка. Папанин должен был организовать базу на о. Рудольфа. За два рейса ледокол «Русанов» доставил туда все необходимое. Быстро построили два просторных дома на 8 комнат, кухню и кают-компанию, радиостанцию, скотный двор (Папанин уже давно пробовал разводить свиней во время зимовок), склады, гараж для вездеходов и тракторов.

Тщательно готовились к жизни в столь необычных условиях и члены будущей экспедиции. В группу, которой предстояло долгое время прожить на льдине, кроме Папанина, были отобраны гидробиолог П. Ширшов, геофизик Е. Федоров и радист Э. Кренкель. С 19 по 25 февраля 1937 г. они провели своеобразную тренировку. В Подмосковье в стороне от Калужского шоссе были разбиты палатки, в которых будущие зимовщики имитировали жизнь на льдине: жили в полной изоляции, использовали только воду, вытопленную из снега, согревались керосиновой лампой, питались продуктами, которые предполагалось взять в путешествие.

22 марта 1937 г. с Центрального аэродрома в Москве в воздух поднялись 4 тяжелых самолета и один самолет-разведчик. Флагманскую машину вел Водопьянов. На ее борту находились Шмидт и будущие участники дрейфа. А общая численность экспедиции составляла 42 человека. 19 апреля самолеты, сделав несколько промежуточных посадок, сели на о. Рудольфа. Здесь в течение месяца пришлось ждать благоприятной погоды.

Наконец утром 21 мая 1937 г. флагманский самолет направился к полюсу и достиг его в 11 часов 35 мин. Сесть удалось на льдину, находившуюся примерно в 20 км за полюсом, которая была около 3 км в окружности и 3 м толщиной. Здесь и решили основать станцию. Разбили палатки, наладили оборудование и передали данные о первых метеорологических наблюдениях. В тот день вблизи полюса температура была –12 °С. Остальные 8 т грузов были доставлены тремя другими самолетами только через 16 дней, так как им пришлось ожидать благоприятных условий для полета.

Хозяйственный Папанин прихватил на полюс все, чего смог добиться. Среди совершенно необходимых грузов находились пишущие машинки, шахматы, книги и многое другое, что могло скрасить жизнь полярников. Сам же командир прихватил с собой большую печать. «Моя канцелярия должна работать по всей форме», – говорил он и, смеясь, штемпелевал все письма, которые предстояло отправить на Большую землю с отлетом последнего самолета.

6 июня 1937 г. папанинцы остались на льдине в полном одиночестве, если не считать любимца всей команды – пса Веселого. Это о нем, возвратившись на Большую землю, Папанин напишет статью «Пятый зимовщик», отдавая должное четвероногому товарищу, который дарил людям много веселых минут, а иногда и предостерегал от опасности.

Вскоре заработала ветряная электростанция, которая несколько оживляла унылый пейзаж. Льдина двигалась на юг со средней скоростью около 10 км в сутки, выписывая зигзаги, а иногда кружилась, поворачиваясь на 6–7 градусов по часовой стрелке.

Однако уже в июле начали появляться трещины. Были случаи сжатия льдов и торошения. Площадь льдины постепенно уменьшалась. В дневнике Папанин писал: «С тревогой смотрю на льдину. Живем мы, как на бочке с порохом. Сегодня или завтра может произойти сжатие льдов, наше ледяное поле лопнет, перевернется». Командир испытывал постоянные недомогания: тошноту, слабость, головную боль. Видимо, сказывались физические перегрузки и недосыпание. Товарищи замечали: Папанину все время кажется, что он работает меньше других. Видимо, поэтому Иван Дмитриевич стеснялся спать даже в положенное ему время. В то же время внешне он был все так же весел и оптимистичен, постоянно заботился о других. Иногда ночью товарищи сквозь сон чувствовали, как он поправляет сбившееся у кого-нибудь одеяло. Особенно заботился начальник о питании полярников, он даже взял на себя тяжелые обязанности повара. На нем был и ремонт различных приборов: Папанин не утратил навыков, полученных в юности на заводе, и поражал товарищей слесарным мастерством.

К февралю 1938 г. в распоряжении экспедиции оставалась площадь не более 150 кв. м, да и этот кусок льда был пересечен несколькими трещинами. Из Москвы пришел приказ прекратить дрейф. Уже 3 февраля из Мурманска вышел ледокол «Таймыр», чуть позже за ним двинулся «Мурман», а 9 февраля из Кронштадта к льдине направились «Ермак» и подводная лодка. 19 февраля два первых ледокола подошли к льдине и приняли на борт людей и имущество станции.

За 9 месяцев было проведено 620 определений координат льдины. Одновременно велись магнитные, метеорологические, гравиметрические наблюдения. Люди работали по 16 часов в сутки в условиях штормовых ветров и сильных морозов. Благодаря их труду были получены очень ценные научные материалы. Впервые была измерена глубина Северного Ледовитого океана у Северного полюса (4290 м). Было окончательно доказано, что в этом районе нет суши. Выяснилось, что у полюса на глубине 250–600 м проходит мощный слой теплого течения. Была опровергнута гипотеза о том, что над полюсом имеет место постоянное высокое атмосферное давление, а значит, все время стоит хорошая погода. В этом районе, казалось бы, совершенно лишенном жизни, экспедиция обнаружила водоросли, планктонные организмы. В районе полюса видели даже птиц, нерпу и белого медведя.

На родине героев-папанинцев встретили с триумфом. Всем четверым участникам экспедиции было присвоено звание Героя Советского Союза. Часть имущества станции и одежда папанинцев были переданы в музей Арктики при Арктическом институте.

Трудно передать словами обожание Папанина, которым была охвачена вся страна. Пожалуй, лучше всего обстановку вокруг Ивана Дмитриевича передают слова из его интервью газете «Вечерняя Москва», сказанные в канун 80-летия: «В тридцатые годы, признаться, было боязно выходить на улицу. Тут же обступали незнакомые люди, расспрашивали, пожимали руки. Помню, как на целые кварталы растягивалась толпа мальчишек, которая бежала за мной и кричала: «Папанин! Папанин! Папанин!» Сейчас… мальчишки повзрослели».

Но шло время, и ажиотаж вокруг имени полярника спал. Однако это не означало конца его творческой биографии. После своей «звездной» экспедиции Иван Дмитриевич в 1940–1946 гг. возглавлял Главсевморпуть. В этом качестве он принимал участие в освобождении ледокола «Георгий Седов» из ледового плена, дважды за одну навигацию прошел Северным морским путем. Во время войны был членом Государственного Комитета Обороны и занимался морскими перевозками на Севере. В 1951 г. Папанин, получивший звание контр-адмирала, возглавил Отдел морских экспедиционных работ Академии наук и проработал на этом посту 30 лет, параллельно в течение 20 лет занимая пост директора Института биологии внутренних вод АН СССР в Борке на Волге. За выдающиеся заслуги в развитии отечественной географии в 1980 г. был удостоен Большой Золотой медали Географического общества, председателем Московского филиала которого он был многие годы.

Умер знаменитый полярник в 1986 г., прожив почти 92 года. Его дневник «Жизнь на льдине» (1938), а также книга «Лед и пламень» (1977) многократно переиздавались не только в СССР, но и за рубежом. Многие относят их к числу лучших произведений современной историко-географической литературы.