Ещё до поражения в Крымской войне Приамурье привлекало внимание властей из-за его близости к Тихому океану, по которому потенциально можно было вести выгодную торговлю с Азией и Америкой. Но сама возможность выйти к океану через Охотское и Японское море ставилась под вопрос: Амур считали непригодным для судоходства. Существовало ложное представление о том, что в устье реки невозможно войти с моря, так как Сахалин — полуостров. Заблуждение основывалось на словах великих мореплавателей: Жана-Франсуа де Лаперуза, Уильяма Броутона и Ивана Крузенштерна, авторитет которого после совершённого им первого русского кругосветного плавания был непоколебим. Чтобы окончательно удостовериться в положении дел, в 1844 году Николай I велел отправить экспедицию в устье Амура.

Исследование поручили полугосударственной Российско-американской компании. Это было выгоднее в финансовом отношении и безопаснее в политическом: действия торговой компании на спорных территориях вызывали бы меньше подозрений со стороны иностранных держав. В 1846 году на Амур был отправлен небольшой бриг «Константин» под командованием опытного мореплавателя Александра Гаврилова, который уже не раз ходил в водах Охотского моря. Однако экспедиция не увенчалась успехом: штурман так и не смог обнаружить судоходный путь. В результате Николай I приказал навсегда закрыть вопрос об Амуре.

Ход дела изменил морской офицер Геннадий Невельской. С юных лет он мечтал исследовать тихоокеанские владения России. После учёбы Невельской, как один из лучших, начал службу на кораблях Российского флота вместе с императорским сыном Константином Николаевичем. Узнав о неудачной экспедиции Гаврилова на Амур, Невельской изучил судовой журнал и обнаружил, что штурману попросту не хватило времени на исследование, о чём тот прямо заявил в приписке к документу. Но Николаю I об этом не доложили.

Тогда Невельской решил во что бы то ни стало разрешить амурскую «загадку». Офицер тщетно упрашивал правительство отправить его в экспедицию по Амуру, по этой «Миссисипи Востока». В 1847 году при содействии великого князя Константина Николаевича его назначили командиром ещё недостроенного судна «Байкал», которое должно было везти груз на Камчатку. Казалось странным, что подающий большие надежды офицер, имея возможность участвовать в экспедициях имперского масштаба, решил отправиться за тридевять земель на транспортном судне. Однако у Невельского был план: доставить груз и отплыть к Сахалину и Амуру.

Для этого он заручился поддержкой Николая Муравьёва, недавно назначенного генерал-губернатора Восточной Сибири, и Александра Меншикова, начальника Главного морского штаба. Получить одобрение было непросто: в 1848 году Амурский комитет предложил навсегда отдать Приамурье Китаю. Но Невельской пообещал действовать осторожно и исследовать край только при наличии времени после доставки груза. Так, неофициальное решение об экспедиции было принято.

Девять месяцев заняла дорога до Петропавловского порта. Так и не дождавшись высочайшего позволения, через неделю после доставки груза Невельской отплыл к восточным берегам Сахалина. Исследовав лиман и устье Амура, 22 июля 1849 года экипаж судна обнаружил пролив между материковым берегом и сахалинским. Многовековое заблуждение было развеяно: Сахалин — остров!

Экспедиция Невельского
1849 года

маршрут на бриге «Байкал»

маршрут на шлюпке

В Санкт-Петербурге Невельскому не поверили: министр иностранных дел Нессельроде и военный министр Чернышёв и вовсе предложили разжаловать его из капитана в матросы за неслыханное самовольство. Но Николай I не стал наказывать Невельского — за него вступился сын императора Константин.

В 1850 году был вновь направлен на Дальний Восток. Невельскому поручили основать на побережье Охотского моря поселение, чтобы Российско-американская компания могла вести торговлю с коренными народами. Офицер основал там Петровское зимовье — пункт для зимовки судов, но решил пойти дальше. Хотя ему строго запретили приближаться к устью Амура во избежание конфликта с Китаем, он основал на левом берегу реки Николаевский пост — будущий город Николаевск-на-Амуре — без ведома властей и объявил весь Приамурский край и Сахалин российскими владениями.

Поступок офицера привёл в ярость петербургских чиновников. Моряк готовился понести суровое наказание и лишиться звания, но вместо этого император разорвал у него на глазах акт о разжаловании и вручил ему орден Святого Владимира IV высшей степени.

С этого момента началось фактическое заселение Приамурья: чтобы защитить приграничные территории и укрепить обороноспособность региона, в край стали отправлять в первую очередь казаков. Инициатором выступил генерал-губернатор Восточной Сибири Николай Муравьёв. По воспоминаниям современников, он видел себя продолжателем дела Ерофея Хабарова — первопроходца Дальнего Востока из XVII века.

Пока генерал-губернатор вёл борьбу за освоение региона, в столице его поддерживали далеко не все. Предложения Муравьёва встречали сопротивление приближённых императора, прежде всего — в лице министра иностранных дел Карла Нессельроде. Он был убеждённым сторонником консервативной политики Николая I, поэтому к либералу Муравьёву, предложившему ещё в 1847 году освободить крестьян от крепостной зависимости, относился с недоверием. Кроме того, министр опасался, что активный интерес русских к Приамурью — на тот момент ещё спорной территории — спровоцирует разрыв дипломатических отношений с Китаем и вызовет неодобрение европейских держав.

К числу сподвижников генерал-губернатора относился, например, Егор Ковалевский — будущий глава Азиатского департамента Министерства иностранных дел. Поддержку Муравьёву оказывали и члены императорской семьи: жена младшего брата Николая I, великая княгиня Елена Павловна, и сын императора Константин Николаевич.

Тем временем стало понятно, что Амур — самая удобная дорога к Тихому океану. Ранее грузы в Азию доставляли либо через три океана, либо через тайгу. Ещё в 1850 году Муравьёв организовал строительство новых пароходов для этих целей.

Спустя четыре года генерал-губернатор лично открыл судоходство по Амуру. К Охотскому морю направился пароход «Аргунь» с караваном из 76 деревянных барж, баркасов и плотов. Организовывали сплавы каждое лето. Так в регион прибывали первые поселенцы — солдаты и казаки, а также географы, этнографы, картографы, геодезисты и прочие исследователи края. Условия на местах были тяжёлыми: нередко люди гибли от голода, холода и болезней.

На новых землях администрация основывала военные поселения и гарнизоны, часть которых со временем выросла в города. Так, в 1856 году была образована Приморская область со столицей в городе Николаевск — бывшим Николаевским постом.

Во время сплава 1858 года Николай Муравьёв подписал с цинским князем И-Шанем Айгунский договор, по которому левый берег Амура становился российским, а правый — до реки Уссури — китайским. Дипломатическую победу России праздновала вся страна. Император возвёл генерал-губернатора в графское достоинство с прибавкой к фамилии «Амурский». Через две недели было основано поселение Хабаровка — ныне город Хабаровск. А в конце года появились Амурская область с центром в Благовещенске и Амурское казачье войско. Весной 1859 года на Амур выдвинулись первые 250 семей государственных крестьян.