I 1733 påbegyndtes den svære tur mod øst og en lang række af delprojekterne blev de kommende år gennemført med vekslende held.

I 1737 nåede Vitus Bering byen Okotsk og her byggedes to skibe, Skt. Peter og Skt. Paul, der kommanderet af ham selv og russeren Khirikov skulle bære dem mod ekspeditionens hovedmål, nemlig Nordamerikas kyster. Fra Okotsk udgik også delekspeditionen mod Japan og under ledelse af Morten Spangbjerg, blev den gennemført med held. På grund af denne ekspedition kunne Vitus Bering først afsejle mod Kamchatka i 1740 med langt mindre proviant end planlagt og først året efter afsejlede de to skibe fra Petropavlovsk Kamchatka, den by Vitus Bering havde grundlagt og navngivet efter sine to skibe, med kurs vestpå.

Turen mod Amerika
Meget hurtigt kom skibene fra hinanden på grund af tåge og de sejlede hver for sig mod Amerika. Manglende forsyninger gjorde at Bering ikke overvintrede på kysten, men forholdsvis hurtigt sattes kursen tilbage mod Kamchatka. Inden havde han imidlertid kortlagt den amerikanske kyst, navngivet en række lokaliteter og heriblandt vulkanen Skt. Elias og flere øer i Aleuterne. Skørbugen hærgede og skønt den tyskfødte naturvidenskabsmand G.W. Steller kendte til hvorledes dette kunne klares, fik han aldrig den fornødne tid, til at indsamle de helbredende planter. Da skibet også havde lidt under de fugtige forhold lagde man ind ved en ubeboet ø, senere benævnt Bering-øen, og her besluttede man at overvintre.

Overvintring
Det sygdomsramte mandskab byggede en række nedgravede hytter, hvor man under kummerlige forhold forsøgte at klare den strenge vinterkulde og de nysgerrige polarræve, der forsøgte at stjæle alt spiseligt. Mange døde og blandt disse den gamle kommandørkaptajn Vitus Bering, der måtte give op den 8. december (19. december efter dansk kalender). Vitus Berings næstkommanderende, svenskeren Sven Waxell, beskrev i sin dagbog Berings begravelse på følgende måde, nemlig at han blev begravet tæt ved sin hytte og at man "lagde ham på et bredt og stak ham i jorden, som den eneste af ekspeditionens døde", altså at man ved Berings begravelse brugte træ, som jo på den træløse ø var utroligt værdifuldt.

Ekspeditionens resultater
Ekspeditionens resultater fik stor betydning ude i verdenen og ikke mindst gennem den tyskfødte G.W. Steller, der publicerede en række betydningsfulde bøger og artikler omhandlende områdets flora og fauna. Hertil kom den udførte kortlægning af områdets kyster samt Aleuterne med en nøjagtighed, der siden blev berømmet af bl.a. James Cook. I 1700-årenes slutning var der allerede trykt en del kort, der viste Vitus Berings nyvindinger.

For den russiske stat betød det først og fremmest, at den kunne udvide herredømmet til nye store områder i Nordamerika, som strakte sig helt ned i Californien. Området forblev på russiske hænder indtil man i 1867 bortsolgte det til USA. Ingen opdagelsesrejsende har før eller siden tillagt et så stort areal til en enkel stat, som Bering gjorde. Et mere synligt og økonomisk givtigt resultat var imidlertid opdagelsen, samt mængden, af de mange forskellige pelsdyr i området, heriblandt især havodderen og søbjørnen. Dette medførte i de efterfølgende år en veritabel rovjagt på flere dyrearter samt oprettelsen af en række Handels- og Pels kompagnier, der blandt andet betød at barkdyret, først beskrevet af Steller og nu kendt under navnet Stellers søko, uddøde mindre end 40 år efter overvintringen på Beringøen.