Покинув туманную Англию, 18 августа «Сенявин» миновал Копенгаген и вступил в Балтийское море. Стояла прекрасная погода. Живописные, хорошо знакомые берега Норвегии, Дании и Швеции быстро промелькнули перед глазами. Подгоняемый свежим попутным ветром, «Сенявин» резво шел вперед, приближаясь к Финскому заливу.

25 августа шлюп «Сенявин» прибыл в Кронштадтский рейд. Загрохотал пушечный салют «Сенявина» и ответный салют Кронштадтской крепости. Вечером 4 сентября шлюп втянулся во внутреннюю кронштадтскую гавань. Компания была закончена. Плавание «Сенявина» продолжалось три года и пять дней.

Главнейшие открытия Литке произведены в Великом океане и в Беринговом море; астрономически определены важнейшие пункты Камчатки, измерены высоты многих гор, описаны подробно неизвестные до того острова Каролинские, острова Карагинские, Св. Матвея и Чукотские берега от Восточного мыса (Дежнева) до устья р. Анадырь; открыт и описан пролив Сенявина со всеми находящимися в нем бухтами; определены острова Прибылова, Лисьи и многие другие в Алеутском архипелаге. В Каролинском архипелаге исследовано пространство от острова Юалан до группы Улеа; открыто двенадцать и описано двадцать шесть групп и много отдельных островов; собрано много данных для определения географического положения мест, в которые заходил «Сенявин».

Литке открыл обитаемый остров Пыйнипет и две коралловые группы (50 миль в окружности) и назвал эти острова Сенявинскими. Он же описал острова Бонин-Сима. Открытия Литке в Каролинском архипелаге были настолько важны, что к его авторитету прибегали во время спора Германии с Испанией из-за этих островов в 1885 г. Во время плавания Литке производил метеорологические наблюдения над часовыми колебаниями барометра на 30° к югу и к северу от экватора, а также наблюдения над проливами и отливами в Атлантическом и Великом океанах. По результатам своим, по отзывам специалистов, экспедиция Литке на «Сенявине» была самою интересною, самою счастливою и самою плодотворною из всех 29 научных экспедиций XIX и XX веков. Богатый и разнообразный научный материал и всевозможные экзотические коллекции, вывезенные из кругосветного путешествия, возбудили всеобщий восторг в ученом мире и доставили Литке мировую известность.

Особенно замечательны его наблюдения над магнитной стрелкой и над качанием постоянного маятника[58]. Этими опытами была определена величина сжатия земного шара — явление, точное знание которого весьма важно для геодезических работ и для точнейшего исследования некоторых сложных движений в солнечной системе. Опыты и наблюдения Литке принадлежат к числу наилучших в этой области. Сочинение его «Опыты над постоянным маятником» награждено Академией наук полной Демидовской премией, сам Литке избран в члены-корреспонденты Академии наук.

Вернувшись из кругосветного плавания в Россию, Литке сблизился со многими академиками — Купфером, Струве, Остроградским, а в 1829 г. познакомился во время его пребывания в России с Гумбольдтом и пользовался большим вниманием этого великого ученого.

Наблюдения Литке легли в основу многочисленных трудов других ученых. Академик Э.Э.Ленц разработал его магнитные наблюдения и напечатал заметку о наблюдениях Литке над приливами и отливами. Гельсингфорсский профессор Гельштрем написал сочинение о барометрических наблюдениях Литке и о теплоте в тропических климатах, на основании тех же наблюдений. Профессор Ганстейн воспользовался изысканиями Литке при издании в 1833 г. карт изодинамических линий.

В 1830 г. Литке был назначен начальником посланного в Атлантический океан отряда судов, на которых находились офицеры 1-го выпуска офицерских классов, гардемарины Морского корпуса и морской учебный экипаж. Во время плавания отряд заходил в Исландию, в Англию, во Францию, в Швецию и Данию. В 1831 г. Литке был командирован в Данциг для организации снабжения провиантом русских войск в Польше. Поручение это он выполнил наилучшим способом.

Принимая всегда самое энергичное участие в ученой жизни, Литке организовал в 1845 г. в Петербурге Русское географическое общество, по образцу Лондонского. Звание президента Географического общества принял на себя генерал-адмирал, вице-президентом был Ф. П. Литке. Эту обязанность Литке исполнял с 1845 г. по 1873 г., за исключением лишь, периода с 1850 по 1856 гг., когда он находился по службе вне Петербурга. Задачей общества было изучение России в географическом, экономическом и этнографическом отношениях.

В дальнейшей своей службе Литке чрезвычайно быстро поднимался по служебной лестнице и занимал, будучи адмиралом, высшие должности во флоте. Так, в 1846 г. он был назначен председателем Морского ученого комитета, с 1850 г. по 1853 г. был главным командиром и военным губернатором Ревельского порта, с 1853 г. по 1855 г. главным командиром и военным губернатором Кронштадтского порта. Это было весьма важное и трудное поручение. Настала необходимость принять быстро военные меры по укреплению Кронштадта и защите побережья. Благодаря своим высоким дарованиям и необыкновенному трудолюбию Литке и здесь, среди чрезвычайно трудных обстоятельств того времени, оказался на высоте своего положения. Помимо исполнения своих непосредственных обязанностей, он постоянно участвовал в совещаниях по обороне Балтийского побережья и о Балтийском флоте. Благодаря его плану обороны и принятым мерам Балтийский флот успешно боролся с громадной английской эскадрой лорда Непира и заставил ее с потерями покинуть Балтийское море.