После двухмесячной стоянки в Портсмуте «Диана» 1 ноября покинула порт и взяла курс к восточному берегу Южной Америки. Головнин ввел разумную экономию в расходовании продовольствия и разработал меню с учетом климатических условий в различных районах Мирового океана, через которые проходила «Диана». Во время стоянки в гаванях матросы получали свежее мясо, овощи, фрукты. Зная, что пиво хорошо предохраняет от цинги, Головнин сделал большие запасы этого напитка. На корабле поддерживался образцовый порядок, чистота. Офицеры внимательно следили за состоянием здоровья матросов, их питанием, соблюдением режима дня. Благодаря принятым мерам на шлюпе в течение всего плавания почти никто не болел.
9 января 1808 г. «Диана» бросила якорь у берегов Бразилии в большой гавани острова Санта-Катарина (Св. Екатерины). Здесь за время десятидневной стоянки экипаж пополнил запасы свежей провизии и пресной воды. Пока производился ремонт шлюпа и грузилось продовольствие, были сделаны астрономические наблюдения, определены географические координаты острова, подробно описаны гавань и укрепления крепости, определены глубины рейда. «Сей порт, - писал Головнин, - есть один из самых безопаснейших в целом свете; он способен вместить величайший военный и торговый флот». Однако укрепления бразильского порта, принадлежавшего, как и вся Бразилия, португальцам, находились в самом запущенном состоянии. Солдаты гарнизона были плохо одеты, ружья у часовых покрыты ржавчиной.
Покинув остров Санта-Катарину 26 января, «Диана» миновала устье реки Ла-Платы, а 12 февраля обогнула мыс Горн и вступила в воды Тихого океана. Здесь мореплавателей встретил сильный шторм. Вода стала проникать внутрь корабля. Более двух недель команда «Дианы» мужественно боролась с разбушевавшейся стихией. Матросы выбились из сил, у многих появились признаки цинги. Пробиться в Тихий океан было очень трудно.
В. М. Головнин, зная, что в высоких широтах Атлантического океана в это время господствуют западные ветры, с которыми «Диана» успешно могла бы дойти до мыса Доброй Надежды, решил изменить ранее намеченный курс.
27 февраля «Диана» прошла мимо островов Тристан-да-Акунья, а на рассвете 18 апреля русские моряки увидели берега мыса Доброй Надежды. Через два дня шлюп вошел в Сай-монстаун, принадлежавший англичанам. Несмотря на то что «Диана» имела специальное разрешение английского правительства, командующий английской эскадрой вице-адмирал Барти, объявив В. М. Головнину о войне, начавшейся между Россией и Англией, задержал русский корабль до получения соответствующего распоряжения из Англии.
Василий Михайлович все же сумел использовать более чем годовое пребывание у мыса Доброй Надежды для описания этих мест. Основываясь на литературных источниках и личных наблюдениях, он дает всестороннюю географическую характеристику этого района, занятий и быта населения, условий мореплавания и стоянки судов.
Запасы продовольствия на «Диане» подходили к концу, а адмирал Барти отказался снабдить русских провизией. Он предложил Головнину выслать матросов для работы на английских кораблях, за что обещал кормить русских моряков. Головнин отверг требования английского адмирала, унижающие русского человека.
«Когда я уверился, - пишет он, - что по сему делу между англичанами и мною справедливость на моей стороне, тогда я решился, не теряя первого удобного случая, извлечь порученную мне команду из угрожавшей нам крайности» — то есть самовольно уйти из залива.
Выполнение этого решения было сопряжено с огромными трудностями и опасностями. «Диана» стояла в глубине залива около английского адмиральского корабля «Прозерпина» и была окружена другими судами. Необходимо было выждать благоприятный случай.
Готовясь к рискованному предприятию, В. М. Головнин занялся изучением направления ветров у берегов и в открытом океане; для этой цели он неоднократно выходил на шлюпке в море. На основании многочисленных опытов он установил, что если в заливе Фолс-Бей, где стояла «Диана», дует северо-западный или западный ветер при ясной или облачной, но сухой погоде, то в открытом океане в это же время бывают ветры юго-западного, южного или даже юго-восточного румбов. На основании этого Головнину удалось точно определить момент для осуществления своего смелого замысла.
16 мая подул сильный северо-западный ветер, а с наступлением сумерек налетел шквал, стало совсем пасмурно. Корабли английской эскадры к этому времени не были готовы к выходу в море. Капитан «Дианы» велел поставить штормовые паруса, шлюп снялся с якоря. Тотчас же со стоявшего недалеко английского судна дали знать на вице-адмиральский корабль о действиях русских, но «Диана» уже успела выйти в открытое море и взяла курс на Камчатку. «Таким образом кончилось наше задержание, или, лучше сказать, наш арест на мысе Доброй Надежды, продолжавшийся один год и 25 дней»,- пишет Головнин в своей книге.
Учитывая, что плавание будет продолжительным, Головнин позаботился о сохранении здоровья моряков и строжайшей экономии продовольствия и пресной воды.
Не выпустил из виду капитан и научные задачи. Штурману Хлебникову поручалось в конце вахты записывать, «какие были видны птицы, морские животные или растения, а также означать градусы на термометре и состояние барометра, все феномены и метеоры вносить в журнал». Все это исполнялось в точности, вахтенный журнал наполнялся свежими сведениями об океане и землях, которые довелось посетить русским морякам.
«Диане» надо было торопиться, чтобы прийти на Камчатку до наступления зимы. Экипаж получал лишь две трети обычного рациона, но никто не роптал, моряки неутомимо выполняли свой долг. Более двух месяцев шла «Диана» по бурному океану, борясь со штормами и встречными ветрами. Наконец на рассвете 26 июля мореплаватели увидели землю. Это был остров Тана - один из островов Новогебридского архипелага.
С небольшой группой моряков командир «Дианы» отправился на берег. Островитяне охотно отдавали плоды в обмен на гвозди, топоры и всевозможные украшения, вроде бисера, помогали русским переносить дрова и бочонки с водой к берегу.
31 июля приготовления к дальнейшему плаванию были закончены и «Диана» снялась с якоря.
Плавание «Дианы» продолжалось. В полдень 23 сентября 1809 г. «ко всеобщей нашей радости увидели мы камчатский берег,— писал Головнин.— Берег, принадлежащий нашему отечеству! И хотя он от С.-Петербурга отдален на 13000 верст, но со всем тем составляет часть России . Радость, которую мы чувствовали при воззрении на сей грозный дикий берег, представляющий природу в самом ужасном виде, могут только те понимать, кто бывал в подобном нашему положении или кто в состоянии себе вообразить оное живо!».
Итак, русские моряки после двухгодичного похода по морям и океанам и сопутствовавших ему многочисленных приключений снова были у родных берегов.
Спустя два дня «Диана» вошла в Петропавловскую гавань. В. М. Головнин узнал о награждении его двумя орденами: боевым орденом св. Георгия — «за осьмнадцать морских кампаний» и орденом св. Владимира—«за благополучное совершение многотрудного путешествия».
Две зимовки провел Василий Михайлович на далекой окраине России. Поначалу у него сложилось неблагоприятное впечатление о Камчатке. Головнин говорит далее, что хотя трудно найти страну уединеннее, скучнее, голоднее Камчатки, но эти недостатки (кроме последнего) не могут быть чувствительными для любопытного путешественника. А Камчатка «представит любопытству много интересных, совершенно новых предметов .».
И русский мореплаватель с присущей ему энергией и увлечением отдался изучению Камчатки. Он собрал обильный материал о флоре и фауне края, населяющих его народностях, их быте и нравах. В отличие от многих западноевропейских путешественников, презиравших «туземцев», Василий Михайлович с симпатией относился к местному населению.
25 апреля «Диана», после того как моряки прорубили лед в Петропавловской гавани, вышла в Авачинский залив, а 4 мая шлюп взял курс к Курильским островам. Достигнув 13 мая острова Матуа, Головнин, продвигаясь на юг, начал описание Курильских островов. Он отмечал, что острова эти вулканического происхождения и гористы, берега их круты, растительность скудная, тундровая, лишь на островах Уруп, Итуруп и Кунашир есть леса; здесь много пушных зверей и птиц; население занимается охотой и рыболовством. )