6 июня 1937 года состоялось торжественное открытие станции «Северный полюс-1» в 20 километрах от Северного полюса. В тот же день самолеты, доставившие на полюс зимовщиков и 10 тонн грузов, отправились в обратный путь и 25 июня приземлились в Москве. На острове Рудольфа для страховки дрейфующих полярников остался один самолет.
На льдине размером 3×5 километра, толщиной три метра, остались четверо исследователей, которых впоследствии стали называть по фамилии начальника папанинцами: Ширшов, Федоров, Кренкель, Папанин. В распоряжении полярников были палатки для жизни и работы, две мачты радиостанций, соединенных антенной, ледяные склады, метеорологическая будка, теодолит для измерения высоты солнца, необходимого при определении местонахождения лагеря и скорости дрейфа льда.
На льдине для членов экспедиции началась тяжелая, упорная борьба с природой за выживание и ежедневные непрерывные наблюдения. В программу научных работ «Северного полюса-1» входили наблюдения по метеорологии, океанологии, земному магнетизму, гравиметрии и астрономические определения, наблюдения над прохождением коротких радиоволн в высоких широтах Арктики. Однако преимущественное внимание оказывалось льду и морским глубинам.
Каждый день пребывания на Северном полюсе приносил исследователям открытия, и первым из них была глубина воды подо льдом в 4290 метров.
Сведения о погоде члены экспедиции передавали на материк по нескольку раз за сутки. И один раз в месяц отчеты о проделанной научной работе. По плану экспедиция должна была продолжаться полтора года. Однако никем не предвиденная скорость дрейфа льдины, где располагалась станция, внесла свои коррективы. Сначала ледяное поле находилось в районе Северного полюса, а затем оно устремилось на юг со скоростью 20 километров в сутки. С конца января 1938 года льдина непрерывно уменьшалась, и вскоре полярникам пришлось послать радиограмму, в которой они сообщили, что в результате шторма льдину в районе станции разорвало трещинами и что они находятся на обломке длиной 300 метров и шириной 200 метров. К утру 2 февраля их обломок льдины стал размером 30 на 50 метров.
На спасение полярников были направлены ледокольные пароходы «Мурман» и «Таймыр», которые и сняли их 19 февраля 1938 года в нескольких десятках километров от берегов Гренландии. За 274 дня дрейф льдины с лагерем составил 2500 километров. 15 марта членов станции «Северной полюс-1» доставили в Ленинград (ныне Санкт-Петербург).
За девять месяцев работы члены станции «Северный полюс-1» собрали уникальный для того времени научный материал, который впервые в истории дал возможность получить достоверные данные о природе Северного полюса и процессах, происходящих на этой территории. Метеосводки со станции не только давали краткосрочные прогнозы, но и позволяли сделать важные выводы о характере атмосферных процессов в центре Арктики. Впервые были получены надежные экспериментальные данные о параметрах атмосферы и океана в центральных районах Арктики. В результате проведенных наблюдений было установлено, что теплые атлантические воды глубинным течением проникают к Северному полюсу, что опровергло представление о безжизненности приполярого региона.
Кроме того, члены полярной станции «Северный полюс-1» участвовали в метеорологическом обеспечении перелетов экипажей Валерия Чкалова и Михаила Громова через Северный полюс в Америку, а также последнего полета экипажа Сигизмунда Леваневского и экипажей, участвовавших в поисках его самолета.
Результаты экспедиции были представлены 6 марта 1938 года общему собранию Академии наук СССР, и получили высокую оценку от специалистов. Они вошли в золотой фонд науки. Всем четверым членам экспедиции присвоили звание Героя Советского Союза, а также звания докторов географических наук.
Станция «Северный полюс-1» открыла новую эпоху в исследовании Арктики, доказав практическую возможность и целесообразность проведения широкого комплекса наблюдений с дрейфующего льда на регулярной основе.
