Русанов много и упорно учился. Специализируясь по геологии, он отлично зарекомендовал себя при изучении потухших вулканов Франции и извержения Везувия в 1906 году. Блестящее окончание теоретического курса в 1907 году дало ему право на защиту докторской диссертации. Стремясь принести пользу своей родине, Русанов решил собрать материал для диссертации на Новой Земле, геология которой была почти не изучена, а полезные ископаемые не разведаны.
Весной 1907 года В. А. Русанов возвратился в Россию. На этот раз один — его верная спутница — жена умерла в 1905 году в Париже. Когда Русанов прибыл в Архангельск, он, к своему удивлению, встретил со стороны местных властей всяческое содействие в подготовке экспедиции на Новую Землю. Объяснялось это тем, что на Новой Земле безнаказанно хозяйничали норвежцы, и архангельский губернатор видел в экспедиции Русанова одну из мер, направленных против браконьерства.
В Архангельске к Русанову присоединился студент-зоолог Харьковского университета Л. А. Молчанов, с которым он в середине июля и прибыл на рейсовом пароходе "Королева Ольга Константиновна" к западному устью пролива Маточкин Шар. Отсюда в сопровождении проводника-ненца они на обычном ненецком карбасе совершили плавание по проливу до Карского моря и обратно.
В сентябре Русанов вернулся в Архангельск, а затем, побывав в родном Орле, снова выехал в Париж. Это путешествие окончательно определило направление его дальнейшей научной деятельности.
Исследования Русанова на Новой Земле, проведенные им самостоятельно и по собственной инициативе, получили высокую оценку профессоров Сорбонны. Поэтому, когда весной 1908 года для французской экспедиции на Новую Землю потребовался геолог, из многих кандидатов единодушно был избран Русанов. Он с радостью принял это предложение, позволявшее ему продолжить свои исследования по геологии Новой Земли. Сборы задержали его в Париже, и он догнал экспедицию в бухте Белушьей на Новой Земле. Отсюда Русанов с тремя участниками экспедиции направился на пароходе "Королева Ольга Константиновна" в становище Маточкин Шар, затем на ненецком карбасе прошел проливом в Карское море и поднялся вдоль берега к северу до залива Незнаемого. Обследуя этот залив, Русанов сделал интересное открытие: на небольшом полуострове он обнаружил неизвестные до этого ископаемые организмы.
Продолжая свое путешествие, Русанов совершил первый в истории сухопутный поход по Новой Земле, он пересек ее от залива Незнаемого до бухты Крестовой на западной стороне острова. Следует отметить, что Баренцева моря достиг лишь один Русанов, остальные путешественники, не выдержав трудностей пути, отстали.
В сентябре экспедиция закончила работы, и Русанов прибыл в Архангельск. Еще в экспедиции он начал писать научный отчет о своих исследованиях в 1907 и 1908 годах. Отчет, представленный им начальнику экспедиции капитану Бенару, был последним без всяких изменений помещен в своих книгах. При этом Бенар ни разу не указал на истинного автора наиболее интересных глав своих трудов.
Зиму 1908–1909 годов Русанов провел в Париже, продолжая обработку собранных материалов. Написанные им в это время работы свидетельствуют о непрерывном росте его научного кругозора. В своей статье: "О силуре Новой Земли" Русанов приходит к интересным выводам о тесной связи в конце верхнесилурского периода между Ледовитым океаном и исчезнувшим морем Центральной Европы. Важное значение имели также его заключения о путях и времени расселения некоторых разновидностей девонской фауны в полярных областях.
Эта экспедиция принесла Русанову славу талантливого геолога и смелого исследователя. Поэтому, когда архангельские власти стали готовить экспедицию на Новую Землю, они пригласили Русанова принять в ней участие в качестве геолога. Официально возглавлял Ю. В. Крамер, фактически же экспедиция работала по программе, составленной Русановым, и под его руководством. 4 июля 1909 года экспедиция, состоявшая из пяти человек, вышла из Архангельска на пароходе "Королева Ольга Константиновна". В Маточкином Шаре к экспедиции присоединились два проводника-ненца. 9 июля пароход высадил Русанова и его спутников в Крестовой губе, где была организована главная база экспедиции.
Погода не благоприятствовала исследованиям. Кроме того, при разгрузке парохода Русанов сильно повредил ногу. Однако, невзирая на все это, он ежедневно уходил в глубь острова. Успех неизменно сопутствовал его поискам. На острове было обнаружено много полезных ископаемых, в числе их такие, как каменный уголь, мрамор, диабаз и аспидный камень.
Русанов, справедливо предполагая, что Новая Земля должна со временем стать одной из узловых баз, обслуживающих Северный морской путь, считал необходимым выяснить условия плавания вдоль западного побережья острова, которое, по его мнению, явится составной частью трансарктической трассы. С этой целью вместе с двумя проводниками он совершил смелый переход по морю на утлой шлюпке от губы Крестовой до полуострова Адмиралтейства. Осенью, вернувшись в Архангельск, он выступил с рядом лекций, докладов и статей, привлекших внимание общественности к Арктике. Особенно его беспокоила судьба Новой Земли. "Печальная картина на русской земле, — писал Русанов. — Там, где некогда в течение столетий промышляли наши русские отважные поморы, теперь спокойно живут и легко богатеют норвежцы".
Зиму 1909–1910 годов Русанов снова провел в Париже. Весной 1910 года его опять пригласили в Новоземельскую экспедицию, но на этот раз уже в качестве ее начальника. Поглощенный проблемами Северного морского пути, Русанов в статье "Возможно ли срочное судоходство между Архангельском и Сибирью через Ледовитый океан?" изложил план сквозного плавания. "До сих пор, — писал он, — с непоколебимым и непонятным упорством стараются пройти в Сибирь… возможно южнее: через Югорский Шар, через Карские Ворота, в более редких случаях через Маточкин Шар. Я предлагаю как раз обратное. Я предлагаю огибать Новую Землю как можно севернее…" и ниже он продолжает "Нужно иметь в виду, что направление течений северной части Новой Земли до сих пор остается необследованным, и что мои предположения на этот счет являются гипотетическими. Вот почему выяснение этого капитального вопроса, по моему мнению, должно составить самую главную задачу Новоземельской экспедиции в 1910 году. Эта экспедиция должна будет окончательно выяснить вопрос о том, насколько удобен предлагаемый мною торговый путь в Сибирь".
Судно экспедиции "Дмитрий Солунский" под командой известного полярного капитана Г И Поспелова 12 июля покинуло Архангельск, имея на борту пять научных работников и десять человек экипажа.
20 июля "Дмитрий Солунский" благополучно достиг западного устья Маточкина Шара, где на судно был взят ненец Илья Вылка, прекрасный знаток полярных льдов, оказавший Русанову неоценимую помощь в предыдущей экспедиции. 16 августа судно достигло крайней северной точки Новой Земли — мыса Желания, обогнув который встретило плавучий лед.
По мере продвижения "Дмитрия Солунского" на юг кромка сплошных льдов, вытянутая с северо-востока на юго-запад, все больше приближалась к берегу и у Ледяной гавани сомкнулась с ним, преградив дальнейший путь. Попытки обогнуть лед с северо-востока окончились безуспешно, и вечером 19 августа судно вернулось к мысу Желания, где встали на якорь и решили выждать изменения ледовой обстановки.
Разыгравшийся ночью шторм пригнал массы льда из Баренцева моря, и к утру "Дмитрий Солунский" оказался в ледяном плену. Ледяные поля, непрерывно торосясь, наступали на судно и ежеминутно грозили раздавить его. Используя небольшие то открывавшиеся, то закрывавшиеся разводья, тянувшиеся под берегом, "Дмитрий Солунский" стал пробиваться на восток. Вскоре разводья стали увеличиваться и превратились в широкий прибрежный канал, открывавший путь на юг. Через двенадцать дней судно подошло к восточному входу в Маточкин Шар, а 31 августа вошло в Баренцево море, совершив, таким образом, обход всего северного острова Новой Земли.
Это выдающееся плавание, совершенное русским судном, впервые после похода Саввы Лошкина, принесло Русанову заслуженную славу.
Произведенные экспедицией исследования намного превосходили все сделанное в этом районе до нее, значительно расширили познания Новой Земли и гидрологического режима омывающих ее вод.
Вернувшись в Архангельск, Русанов направился в Москву. Вместе с ним ехал его новый друг Илья Вылка Русанов, заметивший в молодом ненце незаурядные способности живописца, познакомил его в Москве с художниками, занятия с которыми позволили Вылке получить недоста-вавшее ему художественное образование.
На родине Русанов вел большую общественную работу, выступая с лекциями, докладами, статьями и заметками, посвященными Северу. К этому времени относится публикация одного из наиболее значительных его трудов, скромно озаглавленного "К вопросу о Северном морском пути".
