В 1832 г. П.К.Пахтусов возглавил экспедицию, средства на которую пожертвовали советник Северного округа корабельных лесов П.И.Клоков и архангельский купец В.Брандт. В 1832 г. сложные ледовые условия в Карских Воротах заставили П.К.Пахтусова поставить одномачтовый беспалубный большой карбас "Новая Земля" на зимовку у южных берегов архипелага, в губе Каменка. Для строительства жилья использовали обнаруженные здесь остатки поморской избы и плавник. Как только все участники экспедиции перебрались в отстроенное зимовье, со второй декады сентября стали вести метеорологический журнал, внося в него через каждые два часа показания барометра, термометра и состояние атмосферы.

С окончанием зимы начали многодневные пешие маршруты с целью описи и съемки южных берегов архипелага. 6 июня 1833г. Пахтусов с двумя работниками на лодке отправился на месяц через пролив Карские Ворота к восточному берегу и заснял 150 км. В июле экспедиция на "Новой Земле" вновь продолжила опись восточного побережья, дошла до Маточкина Шара и через него вышла в Баренцево море и спустилась в Пустозерск. Затем сухим путем возвратилась в Архангельск. В январе 1834 г. Пахтусов прибыл для доклада о выдающихся результатах экспедиции в Петербург. Результаты экспедиции - составление первой карты всего восточного побережья южного острова архипелага - были высоко оценены.

Гидрографическое депо решило продолжить съемку восточного берега за свой счет. Клоков предоставил построенные по его заказу шхуну "Кротов" и карбас "Казаков". На шхуне шел начальником экспедиции П.К. Пахтусов и с ним экипаж из восьми человек. На карбасе - заместитель начальника экспедиции, кондуктор А.К.Циволька, пять матросов и два промышленника. 5 августа 1834 г. экспедиция на двух судах вышла из Архангельска к проливу Маточкин Шар. Раннее наступление зимы заставило построить в западной части пролива, в устье реки Чиракина, зимовье и баню. В марте 1835 г. Палтусов, несмотря на болезни шестерых зимовщиков, приступил двумя отрядами к описи пролива. У восточного выхода из пролива отряды расстались.

Пахтусов по льду начал опись Маточкина Шара, а Циволька отправился вдоль неизвестного восточного берега Северного острова и сделал описание заливов и побережья на 160 км севернее пролива, вплоть до полуострова Фон-Флотта. В июне Пахтусов приступил к исследованию западного побережья Северного острова. Карбас "Казаков" был раздавлен льдами у острова Берха, а участники экспедиции спасены промышленниками. На двух их судах Пахтусов и Циволька отправились на северо-восток и на шлюпках продолжили опись берегов до района полуострова Адмиралтейства.

Затем поморы доставили экспедицию к их зимовью. Отсюда Пахтусов на поморском судне дошел до Карского моря и достиг на севере острова, названного затем его именем. 19 октября экспедиция вернулась в Архангельск. Через месяц П.К.Пахтусов скончался в возрасте 36 лет и был похоронен на кладбище в Соломбале. Благодаря его личному мужеству экспедицией были достигнуты выдающиеся результаты Палтусов описал южный берег Маточкина Шара, восточное побережье архипелага от Карских ворот до мыса Дальнего.