在一些朋友的劝说和帮助下，白令终于决定再度出山。他倾尽毕生学识，拟出一项庞大的探险考察计划。它包括从堪察加出发去探寻美洲的海岸；探索和寻找通往日本的航线；查明俄国北部的海岸线和海域情况以及探察西伯利亚的广阔腹地。这项计划不仅反映了白令个人的壮志雄才，更与安娜女皇的殖民扩张野心不谋而合。因为当时俄国势力已向东扩张到了太平洋沿岸，但中间这片绵延数千英里的疆土并未得到认真的考察和开发，甚至在当时的地图上，西伯利亚北部的海岸线还是一条直线。所以，当计划送到上级部门审批时便被层层加码，进一步扩充，包括在沿途建立炼铁厂、造船厂，创办海洋学校，推广畜牧业等等，从而使白令的计划带上了地理发现、殖民扩张、科学考察等多重意义。
1732年12月，枢密院正式批准了这个“为了女皇陛下的利益和大俄帝国的荣誉”所进行的规模空前的探险计划。白令被授予海军中校衔，统领这次探险，并给他派了两名助手斯潘贝格和契里科夫，组成了一支有800余人，5支小分队的庞大探险队，称为“白令-契里科夫堪察加第二探险队”。他们吸取了第一次远征的教训，除一些重要仪器由圣彼得堡运出，其余一般性物资和辎重均由沿途当地政府供给。
1732年2月，第一支探险队离开了圣彼得堡。由于这是五支队伍的联合行动，作为总指挥的白令必须协调地推进各队的行进速度。所以，直到第二年10月，白令才率领他的分队来到雅库茨克。他本以为一切都在他的指挥下按原计划顺利进行，没曾想到呈现在他眼前的雅库茨克却是一片狼藉，考察队员三三两两懒散地躺在地上晒太阳，未完工的营房、仓库如战后废墟般兀然矗立，负责的官员不但疏于职守，而且对白令本人颇不以为然。结果两人的关系闹得很僵，告发、申诉的状纸雪片般地飞向圣彼得堡。1735年秋，科学院分队的到来，更是雪上加霜。他们不仅带来大批人员，更把一些不必要的辎重全部携来，望远镜、绘图桌、图书倒不必说，居然还有许多美酒和奢侈品。白令对此大为恼火，这使他轻装前进的计划成为了泡影。悲剧似乎正在重演，他们将不得不重蹈上次探险的覆辙。白令对此也无可奈何，他可以是一个无所畏惧的船长，却不能成为一个八面玲珑的调解员，更无法使令行禁止。由于海军部中有人对上次探险的成败评价存在争议，在这次探险中，白令的权力受到很大的限制。他不仅要把重大决策付诸表决，而且一切重要行动都要得到契里科夫的批准。白令对随行的科学家们无权管辖，只能配合他们的行动，保证他们的需要。许多科学家也瞧不起白令，甚至公开和他作对。白令感觉自己就像一只孤独无助的飞虫，陷于一张张错综交织的人际关系网中，虽苦苦挣扎却不能自拔。
他只能等待，结果一等就是4年。4年中，这支4000多人的探险队仅仅是将所有物资运到雅库茨克，其余时间都在官员们的互相推诿攻诘中白白浪费掉了。圣彼得堡当局对这种蜗牛式的探险行动也忍无可忍，最后，下令扣除了白令一半的薪水，并派了两名督察来专门负责向地方当局征调探险队所需的援助和资源。一切终于开始踏上正轨。白令长长地舒了口气，这部庞大的机器总算运转起来了。
阿瓦恰湾是堪察加半岛上一个天然的深水良港。1739年，白令派人勘测了这个港湾，绘制了详细的海图，修建了几幢营房、教堂，并给这个新生的港口命名为彼得罗巴甫洛夫斯克。1740年10月，白令率领两艘长达80英尺的多桅帆船——圣保罗号和圣彼得号，来到阿瓦恰湾过冬。
他打算第二年5月春暖花开之时从堪察加出发，发现美洲以后就在那里过冬，第二年再返回堪察加。
但就在他们动身之前，挫折接踵而来。白令为这次航行所准备的一艘食品船不幸在鄂霍茨克河口的沙洲上搁浅了，船的食品，包括新鲜蔬菜、饼干、硬面包等全部被海水浸坏。一波未平，一波又起，他们雇了大批当地土着人充当劳工，将生活必需品从陆路运到阿瓦恰港，但这些慓悍的楚科奇人中途哗变，企图鲸吞所有物资。虽说后来叛乱被镇压下去，但货物的运输工作已经迟了。时间紧迫，只能仓促准备一番就起航了。一场灾难的隐患就此埋下，恶魔的阴影正悄悄来临。
1741年6月4日，海面上刮起了期待已久的西风，圣保罗号和圣彼得号扬帆出港，沿东南航线行驶，试图再次寻找那帮科学家们臆造的“达·伽马之地”。白令坐镇圣彼得号，协调指挥两船行动。两艘船前后相随，以旗语和鸣炮保持联络，相距很近时则用喇叭筒互相喊话。一个星期过去了，他们一无所获，白令隐隐有一种不详的预感，他仿佛又体会到上次探险时那种无功而返的焦虑和沮丧。“这才刚刚开始，千万不能丧失信心！”白令心里暗暗告诫自己。他决定不再浪费时间。航线折向东北，去寻找美洲大陆，这才是这次探险的主要目的，也是白令一直梦寐以求的理想。想到这儿，他的情绪又逐渐高涨起来。
同白令的心情正好相反，天气却越来越糟。起先是南风肆虐，接着东风更加嚣张，狂暴的飓风挟着巨浪，城墙般向两艘船涌来，一浪更比一浪高。船就像木片一样在浪峰翻滚，在浪谷盘旋。白令顽强而熟练地指挥他的船员投入了战斗。狂风恶浪，对他来说并不算什么。正如将军不能没有战场一样，40多年的航海生涯，他已习惯了这种场面，并且把这桀骜不驯的大海当作了他生命中不可缺少的一部分。此时此刻的白令，已不再是一个白发依稀、已近暮年的老人，而俨然如一位横刀跃马、驰骋疆场的骁将。
几天后，风暴终于过去了。可风平浪静的海面上，白令怎么也找不到圣保罗号的影子。两艘船走散了(后来圣保罗号成功地到达美洲，并顺利返回)。
圣彼得号继续他孤独的旅程。7月，一些陆地的迹象开始出现：波涛的微妙变化，海水中不同寻常的海草和海藻，飘浮的木头以及陆岸才有的野鸭。白令据此判断，北美大陆已近在眼前。他设置了了望哨，不断用铅锤探测水深。船在深水间也只张小帆，随风飘流，缓速前行。
7月18日，对了望员切特列夫来说，是一个值得纪念的日子。这天清晨，他第一个发现了美洲大陆——锯齿状的海岸伸入海面，突兀的崖壁陡然耸立，远处迤逦的群山上覆盖着皑皑白雪，一座山峰(圣伊莱亚斯山)巍巍直冲天际，片片针叶林从山腰一直延伸到海边。
白令对这胜利的到来显得有些不知所措，他不敢相信眼前这块土地就是他魂萦梦牵的美洲大陆。几年前，当他因拿不出证据证明美洲大陆的确切方位而备受指责时，他就开始期盼这一天的到来。如今成功了，白令反而有种茫然若失之感。也许对他来说，真正的喜悦不在此一念，而在于取得胜利的过程之中。喜悦只是瞬间的事，紧接而来要面对的则是更加残酷无情的现实——淡水！蔬菜！仓库里这些东西正一天天少下去。当初在阿瓦恰湾所埋下的隐患——运输船沉没，劳工逃跑，因时间紧迫而没有带上足够的新鲜蔬菜和淡水，与贮藏有大量蔬菜和肉类的圣保罗号失去了联系，现在终于爆发了出来。
白令下令圣彼得号沿涨岸线向西迂回航行，希望能找个小岛或港湾休整一下，补充淡水。淡水已经开始定量供应，身为指挥官的白令每天也只能少量得到，他的身体状况开始恶化。
两天后，他们发现了卡亚克岛。白令派领航员切特列夫去取淡水，随船医生斯台勒也希望以一个自然学家的身份去岛上考察一番。白令只给他10个小时的时问，为此，斯台勒大发牢骚：“为了这次探险，白白浪费了我们10年时间，可我考察的时间却只有10个小时，难道我们到这来仅仅是为了把美洲的水带回亚洲去吗？”白令耸耸肩，充耳不闻。对他来说，这次探险的价值并不在于对美洲大陆的自然状况了解多少，他亲眼看到了美洲，不辱女皇使命，这就是最大的胜利。无疑，在这一点上，白令暴露了他的局限性。对于一个真正的探险家来说，探险的意义不仅在于探险的过程，更在于探险的目的，在于了解自然、探索未知世界的奥妙。尽管如此，在卡亚克岛上呆了10个小时的斯台勒还是小有收获。他发现了篝火的痕迹以及各种各样的工具，像弓箭、钻木取火用的钻子等，这表明这里曾有人住过。此外，他还看到了一种与美洲东部特产的益鸦相类似的鸟，斯台勒据此判断，他们确实已到了美洲沿岸。切特列夫也发现了一个小木屋和一处陆地环抱的港湾，但白令担心受到当地土着人的攻击，拒绝进港停靠。
没等20个大空桶都装满水，白令就下令拔锚起航。
他仿佛感到时间对他自己来说已所剩无几。日渐虚弱的他对于自己是否还能活着回到阿瓦恰湾毫无把握。
以后几天，圣彼得号完全被风牵着鼻子在阿拉斯加湾的海面上四处飘荡。天上还飘着细雨，白令拖着病体，艰难地指挥圣彼得号沿海岸线踯躅西行，并发现了阿拉斯加湾上最大的科迪亚克岛。
一个星期后，圣彼得号在浓雾中再次驶达美洲海岸——狭窄的阿拉斯加半岛。岛上的群山在雾中若隐若现，宛若仙境。但水手们已无心欣赏这美景，这时已有26人染上了坏血症，白令自己也浑身软绵绵的，淡水供应再度告急。
此后一个多月的时间里，阴雨、狂风、迷雾和病魔始终伴随着白令和他的船员们，圣彼得号在一串串岛屿组成的迷阵中徘徊挣扎。这些“几乎无法数清的岛屿群”星罗棋布地散落在海面上，十分集中。白令先后命名了雾岛(后改为契里科夫岛)、塞米迪群岛、纳盖群岛，并将其中的岛屿用圣徒的名字命名。到后来，岛屿群越来越多，数不胜数，圣徒的名字也用完了，只好作罢。这些岛屿群在北太平洋上组成了一条群岛链，后来被称为阿留申群岛。
白令也因此成为世界上第一个发现阿留申群岛的探险家。
一天清晨，久违的阳光终于撕破阴翳的迷雾，给白令带来了希望的曙光。他决定找一个小岛抛锚停泊，休养一下，补充淡水。他派几个还能活动的船员上岸去取淡水，斯台勒再次自告奋勇，要上岸去考察，这次白令没有阻拦。那些打水的船员为图省事，节省体力，不愿到岛内取淡水，只在近岸的几个小潭里取回了几十桶含盐量很高的“淡水”，结果，许多人喝下后上吐下泄。
卧床不起。幸亏有斯台勒从岛上采集来的浆果和草药，这些病情才不致于进一步恶化。但仍有一名船员罹难，他叫舒马金，是这次探险的第一个殉难者。那天，白令没有参加他的葬礼，他只是站在船长室，透过舷窗，默默地望着舒马金的尸体被人运到岸上，葬在那个所谓的“淡水”潭边。他把这个岛命名为舒马金岛，后来，这周围的整个群岛便被称为舒马金群岛。
在这里，白令第一次遇见了美洲的阿留申人，并应其盛情邀请，派了三名队员涉水上岸，在岸上受到一大群土着人的夹道欢迎。队员们请这些阿留申人喝白兰地酒，并递给他们装满烟叶的烟斗。可土着人似乎对这并不感兴趣，他们送给探险队员一大块鲸鱼油。队员们闻着那浓烈的膻味，根本难以下咽。等队员动身准备离开时，土着人站起来，围住队员，用传统礼仪友好地向他们告别，但探险队员误以为他们想扣留自己，拔出手枪，朝天便放，吓得土着人扑倒在地，瑟瑟发抖，队员们逃命似地跑回了圣彼得号。一次独具历史意义的文化交流就在这样的不和谐和误解的气氛中戏剧性地结束了。
时至9月，海面上已不见了红嘴鸥的影子——又一个冬天来到了。圣彼得号不得不离开他们的避难所，匆匆上路，把他们的命运再度交给了上天。风，还是一样的狂；浪，还是一样的高；雨，还是一样的急；人——却已倒下。一半的船员因生坏血病而不得不躺在冰冷潮湿的床上，其余的船员也只能随波逐流，望天兴叹。他们惟一能吃的东西是布满霉斑的硬饼干，没有水，只能就着雨水下咽。那些病入膏肓的船员开始一个个死去，他们的尸体被裹上白布，抛入恶浪滔天的大海，霎那间便被卷得无影无踪。有着40年航海经验的白令此时也回天无术，只能靠祈祷上帝安慰自己和船员。
有一句话说，当上帝关上了所有的门，他会给你留下一扇窗。11月5日，在腥风恶浪中煎熬了一个多月的白令，终于找到了这扇窗，那天，风和日丽，晴空万里。罗盘显示，他们离阿瓦恰弯只有90英里了，不久，一条高耸的海岸线映入眼帘，白令疲惫的眼眸中含烁着希望的泪花。可惜，这不是他们的归宿堪察加，再次观测时，才发现已偏离航线。圣彼得号只能绕过海岸线，以调整航向。
午夜，一场暴风雨突然降临了。虚弱的船员在倾斜的甲板上根本无法立足，更无力把帆收叠起来，结果那些帆被风撕碎，连桅杆也被劈到海中。他们连放了三只巨型铁锚，都无法稳住船身，胳膊粗的锚链被巨浪一一打断。船员们惊惧地看着圣彼得号被一股冲天巨浪掀起，越过一块巨大的礁石，落到距离海岸360英尺的一个平静的小岬湾。
黎明不知什么时候已悄悄来临。大难不死的船员们发现他们来到了一个没有任何标记，长满藻物的小岛。岛上除了一个个坟墓似的荒丘，没有任何树林，远处还不时传来几声北极狐凄厉的恶嚎。
此时的白令已被坏血病折磨得精疲力尽，气息奄奄。
他被用布仔细包裹起来，以免感染，然后运送上岸。船员们在沙岸边挖了五个地堡，用浮木搭成地窝铺，上面蒙上一层船上的帆布。看来他们将不得不在这五个简陋的地坑里渡过这个冬天了。岛上有数不清的海獭和海豹可供捕猎。每天都轮流派二个人冒着刺骨寒风出去捕猎。但能胜任这项工作的人越来越少了，水手一个接一个地倒下，死去，投入海中。
白令在那间地屋中已躺了一个多月。尽管有斯台勒医生的精心照料，但他仍然清醒地意识到，生命之火正一点点熄灭。
1741年12月8日，维图斯·白令在白令岛逝世。
