Петр Головин, первый якутский воевода, организовал экспедицию, целью которой было исследование Амура и Охотского мора. Ее возглавил Поярков. В июне 1643 г. экспедиция, состоявшая из ста тридцати человек, покинула Якутск, направилась по Лене к устью Алдана и пришла к устью реки Учур. Отряд преодолел пороги на реке Гонам и расположился на зимовку. Через 2 недели Поярков с группой из девяноста казаков отправился к Становому хребту. Люди шли на лыжах, а груз поместили на нарты. Перейти хребет было сложно. Пробираться приходилось по глубокому снегу. Преодолев хребет, группа добралась до небольшого притока реки Зеи. Здесь начали строить суда. Поярков с отрядом вышел к водам Зеи весной 1644 г. Они стали первыми русскими людьми, добравшимися туда. На берегу они построили небольшой острог. Здесь они ждали остальных членов экспедиции. Местное население доброжелательно отнеслось к отряду. Однако через некоторое время дауры прекратили делиться с ними едой. Голод и болезни стали причиной смерти сорока человек. Еще десять путешественников погибло во время стычек с местными жителями. Неизвестно, чем бы все кончилось, но вскоре пришел остальной отряд с провизией. 

Экспедиция отправилась вплавь по реке Зее и через несколько дней добралась до реки Амур. Поярков отправил двадцать пять казаков на разведку. Двадцать три человека были убиты туземцами приамурского племени во время ночлега на обратной дороге. После этого Поярков с основной группой пустился вниз по Амуру. Спустя месяц он подошел к его устью. Здесь путешественники расположились на зимовку. Припасов у них не было. Они охотились, ловили рыбу и собирали корни разных растений. Отсюда они в первый раз увидели Сахалин. Нивхи-гиляки, жившие в устье реки Амур, рассказали Пояркову о Сахалине. Осенью на плоских речных судах путешественники вышли в море. Однако суда были слишком маленькими, поэтому управлять ими в штормовую погоду было нереально. После того как несколько недель их носило по морю, прибило к острову и выбросило на материковый берег, суда были полностью разрушены, а выжившие путешественники в рваной одежде, истощенные и продрогшие, отправились к устью реки Ульи. Здесь они обнаружили ветхую избушку, в которой несколько лет назад перезимовал русский путешественник Илья Москвитин со своим отрядом казаков.

От отряда Пояркова осталось пятьдесят человек. Они отдохнули и на лыжах преодолели хребет Джугжур. Путешественники вышли к устью реки Маи. Они построили новые суда и спустились по Алдану и реке. Через 3 года, в 1646 г., путешественники вернулись в Якутск. Это была одна из самых сложных и рискованных экспедиций. Однако ее результаты имели важное значение. На карту смогли нанести все реки, по которым прошел отряд. Первопроходцы подробно записали все услышанное от местных жителей. А главное — они смогли доказать, что можно по Амуру доплыть до Тихого океана и первыми проплыли по Амуру и Охотскому морю.