Осенью Геннадий Иванович отправил Орлова вместе с мичманом Н. Чихачёвым на шестивесельной шлюпке вверх по реке Амгуни. Командировка длилась два с лишним месяца. Офицеры вернулись с обстоятельными сведениями, положившими начало дальнейшим исследованиям края.

Через месяц, с началом холодов и снегопада, Орлов получил задание от Невельского отыскать пограничные столбы, которые видел Миддендорф, и выяснить, наблюдают ли за ними маньчжуры. Дмитрий Иванович нанял двух гиляков проводниками, и на нартах они тронулись в путь.

Вернулся он со своими спутниками под Новый год. Ночевали два месяца в снегу, иногда при 25 градусах мороза. Каждая ночёвка была пыткой. Если везло, то находили ночлег у жителей какой-нибудь деревушки. Непривычному человеку ночевать в юрте было нелегко.

Нарты втаскивали внутрь, чтобы спасти продовольствие от голодных собак. Зловоние в помещении от гнилой рыбы, варева для собак, запаха никогда не мытых человеческих тел, физиологических отправлений производило на новичков ошеломляющее впечатление.

К этому следует добавить дым от очага и трубок хозяев, которых не курили только грудные младенцы.

Завершало всё это великолепие несметное число насекомых и множество крыс, которые, судя по всему, не очень беспокоили хозяев.  Аборигены, пораженные знаниями Орлова многих местных языков и наречий, принимали его без страха и откровенно отвечали на вопросы.

Пока опасения по поводу китайцев не подтверждались.  Всего в ту поездку Дмитрий Иванович проехал свыше 200 вёрст. Большую часть пустынного дикого пути они с проводниками прошли на лыжах, по колено в рыхлом снегу, прокладывая путь собачьей упряжке.

Вернулся Орлов 23 декабря, а уже 10 января 1852 года он опять попрощался с женой и детьми, чтобы следовать в ещё более трудную командировку. Задор и нетерпение подстёгивали Невельского, хотелось многого и сразу.

В самые сильные морозы отправился Орлов на собаках в Тугурский край, к верховьям рек Уди и Амгуни, где на картах обозначалась граница с Китаем. Ходили слухи, что там обосновались беглые русские каторжники с Нерчинских заводов. Невельской поручил Дмитрию Ивановичу проверить, так ли это.

Орлов сам отыскал себе попутчика, тунгуса, знавшего язык нейдальцев, обитавших по берегам Буреи и они отправились в неведомые земли. Тридцать девять дней на собаках, оленях и пешком. Двести пятьдесят вёрст в мороз, по горам, заваленным снегом лесам, сквозь метели и вьюги.

Дмитрий Иванович составил карту пути, определил широту и долготу всех встреченных селений. Но это было так, безделица, по сравнению с совершённым им открытием.

Не фантастические глубины, обнаруженные Невельским в устье Амура, где и поныне не могут решить проблему улучшения условий судоходства, решили судьбу Приамурья и Приморья, а направление пограничного Хинганского хребта между южными истоками реки Уды.

Орлов привёз сведения, что Хинганский хребет, принятый по Нерчинскому трактату 1669 года за границу между Россией и Китаем,  направляется от верховьев реки Уды не к северо-востоку, а к юго-западу.

Он убедился в том, что ни в Тугурском, ни в Удском краях, ни вдоль южного склона Хинганского хребта нет и никогда не было пограничных столбов и знаков, которые неведомо как узрел Миддендорф.

Посланец академии наук увидел лишь сложенные местными жителями кучи камней, которыми те обозначали стойбища и удобные перевалы, а фантазия дорисовала пограничные столбы и китайцев-пограничников. Если бы учёный муж удосужился поговорить с кем-нибудь из обитателей тех мест, то ему всё бы доступно пояснили.

Работу  штурмана Орлова подтвердил и дополнил лейтенант Бошняк. Трудами двух самоотверженных офицеров было доказано, что согласно точному смыслу первого пункта Нерчинского трактата весь нижний Амурский и Уссурийский бассейны до моря принадлежат России, а не Китаю.

Это открытие полностью меняло ситуацию на Дальнем Востоке. Получив информацию о результатах исследований Орлова и Бошняка, русское правительство изменило свою дальневосточную политику.

Три морских офицера: Невельской, Орлов, Бошняк – и генерал Муравьёв совершили переворот в истории российского государства на востоке.

Но вернёмся к будням наших героев. Амурская экспедиция жила впроголодь всю зиму с 1851 на 1852 год. На год каждой семье досталось по 6 фунтов чая, 10 фунтов сахара и 20 фунтов муки (1фунт = 409,5 г).

Большая часть продовольствия погибла на «Шелихове». Можно, конечно, сказать, что за всё отвечает капитан, но старшим на борту был Невельской, он вмешивался в управление судном. Завойко имел основания обвинять начальника Амурской экспедиции в том, что тот погубил два транспорта, а это не могло не сказаться на снабжении людей.

Особенно тяжело приходилось рядовым матросам, казакам и их семьям.  Следует ли удивляться появлению цинги, которая быстро распространилась среди обитателей Петровского поста? Болезнь унесла жизни и взрослых, и детей.