Как это ни странно, начальником её был назначен ничем не замечательный англичанин Джозеф Биллингс – только потому, что он ранее участвовал в третьей кругосветной экспедиции Джемса Кука, выполняя работу помощника астронома. Единственным достижением Биллингса было то, что он пригласил 22-летнего лейтенанта Сарычева, чьи талантливые труды принесли славу его экспедиции. Биллингс должен был попытаться пройти в Тихий океан из Колымы через Берингов пролив. В 1786 г. экспедиция проехала через Сибирь в Охотск, а оттуда перебралась в Верхне-Колымск, где заложила два судна. В 1787 г. Биллингс, командовавший судном «Паллас», и Сарычев, командовавший судном «Ясашна», спустились вниз по Колыме к ее устью. В Петербург члены экспедиции вернулись в 1794г. Работу экспедиции Биллингса Сарычев описал в своих трудах: «Путешествие флота капитана Сарычева по северо-восточной части Сибири, Ледовитому морю и Восточному океану в продолжение осьми лет при Географической и Астрономической морской экспедиции... капитана Биллингса с 1785 по 1793 год» (1802) и «Путешествие капитана Биллингса через Чукотскую землю... и плавание капитана Галла на судне «Черный Орел» по Северо-восточному океану в 1791 году...» (1811). Эти книги, особенно первая, стали образцами описаний для мореплавателей первой половины XIX в. и сохраняют свой интерес до настоящего времени.

Часть 1. 1785-1790.
1.Назначение экспедиции, имена офицеров и служителей.
2.Приготовления. Иркутск. Якутск. Река Омякон.
3.Отправления с Омякона на оленях в Охотск. Охотск.
4.Прибытие Биллингса в Охотск. Отправление на Колыму. Верхне-Колымский острог и закладка судов.
5.Спуск судов и плавание по Колыме. Переход к Среднеколымскому острогу. Нижнеколымский острог. Устье Колымы, Лаптев маяк и плавание по Ледовитому морю.
6.Попытки плавания к востоку и возвращение в Среднеколымский острог.
7.Отправление из Среднеколымска в Якутск.
8.Перевоз припасов из Якутска в Охотск.
9.Байдарный поход из охотска к реке Амуру.
10.Постройка и вооружение судов, переход на Камчатку.
11.Зимовка на Камчатке.
12.Работы на судне и окончание зимовки.
Часть вторая. 1790-1793.
1.Плавание с Камчатки до острова Уналашки.
2.Плавание от Уналашки до Кодьяка.
3.Плавание от Кодьяка до Шугайской губы.
4.Плавание от Шугайской губы до острова Каяк и возвращение на Камчатку.
5.Плавание от Камчатки до острова Беринга и далее к Уналашке.
6.Плавание к острову Святого Лаврентия.
7.Прибытие чукчей и отправление с ними капитана Биллингса на Колыму.
8.Промысел котов на Уналашке и наложение ясака на туземцев.
9.Отплытие на байдаре для описания Уналашки.
10.Описание Уналашки.
11.Плавание к Петропавловску и Охотску. Окончание экспедиции.