Другим свидетельством в пользу существования обширных земель на севере стали многочисленные наблюдения за перелетными птицами, весной улетающими дальше на север, а осенью возвращающимися с потомством. Поскольку птицы не могли обитать в ледяной пустыне, то высказывались предположения, что расположенная на севере земля Санникова богата и плодородна, и птицы летят именно туда.
Именно на ее поиски были нацелены арктические экспедиции барона Толля (1858–1902), убеждённого в существовании Арктиды – северного полярного континента.
Более чем через год после выхода из Петербурга «Заря» достигла района предполагаемой Земли Санникова. «Малые глубины говорят о близости земли, — записывает Толль в дневнике, — но до настоящего времени ее не видно…» Матрос из «вороньего гнезда» разглядел только подковообразный ледяной пояс, а за ним — полосу свободной воды («…у меня закрадываются тяжелые предчувствия… но довольно об этом!»). На следующий день сгустился тяжелый туман, сделав дальнейшие поиски бессмысленными и принеся Толлю неожиданное облегчение: «Теперь совершенно ясно, что можно было десять раз пройти мимо Земли Санникова, не заметив ее».
13 августа 1901 года Толль увидел контуры четырёх столовых гор, которые на востоке соединялись с низменной землей.
«Таким образом, сообщение Санникова подтвердилось полностью, – писал полярник в своем дневнике. – Мы вправе, следовательно, нанести в соответствующем месте на карту пунктирную линию и написать на ней: "Земля Санникова"...».
16 сентября судно встало на зимовку в лагуне Нерпалах, у западного берега острова Котельного. В течение зимы «Заря» работала как стационарная метеорологическая и геофизическая станция. А 5 июня, когда было еще далеко до освобождения «Зари» из ледового плена, Э.В. Толль, астроном Ф.Г. Зееберг и двое местных охотников-промышленников — Василий Горохов и Николай Дьяконов — вышли по маршруту Котельный — Фаддеевский — мыс Высокий на Новой Сибири, а далее — больше ста верст почти прямо на север по льду Восточно-Сибирского моря — на остров Беннетта. Целью похода было изучение природных условий этих островов, но в глубине души Э.В. Толль таил мечту, что с острова Беннетта ему удастся увидеть Землю Санникова, а может быть, и пройти на нее. Планировалось, что летом «Заря» снимет группу с острова Беннетта…
…Спасательная партия пробилась к острову Беннетта только 17 августа следующего, 1903 года. В 17 часов вельбот подошел к берегу у мыса Эммы, и в тот же момент матрос Василий Железников, стоящий с крючком на баке, увидел у уреза воды крышку от алюминиевого котелка, каким пользовался Толль. На берегу лежали ящики с коллекциями, а в поварне, наполовину заполненной смерзшимся снегом, нашли кое-какие приборы, листы из астрономии Циглера, обрывки платья, кожаную портупею для геологического молотка… Под кучей камней лежал обшитый парусиновый ящик, в нем находился документ, адресованный президенту Академии наук. В записке приводились краткие сведения о геологии острова Беннетта, о его современных обитателях, о птицах, пролетавших над островом с севера на юг. «…Вследствие туманов земли, откуда прилетели эти птицы, так же не видно было, как и во время прошлой навигации Земли Санникова…» (И здесь он не забыл о Земле!) «Отправимся сегодня на юг. Провизии имеем на 14–20 дней. Все здоровы. 26.X, 8.XI Э. Толль». Они отправились на юг по живому, подвижному, коварному дрейфующему льду…
Однако в 1938 году советские летчики доказали, что Земли Санникова не существует. По мнению исследователей, она, как и многие арктические острова, была сложена не из скал, а из вечной мерзлоты, поверх которой был нанесён слой грунта. В конце 19 или начале 20 века лёд растаял, и Земля Санникова исчезла, подобно островам Васильевскому и Семеновскому, сложенным ископаемым льдом.