В 1901 году Седов, с трудом добившись разрешения, успешно сдал все необходимые в Мореходном корпусе экзамены, что позволило ему получить чин поручика по Адмиралтейству. Затем он был принят на службу в Главном гидрографическом управлении. В тот же год он принял участие в экспедиции на Новую Землю, и с этого момента его сердце навсегда было отдано Северу.
Целью второй экспедиции на Север с участием Седова было изучение побережья Карского моря. Но после возвращения ему не удалось приступить к обработке научных материалов в связи с началом русско-японской войны. Георгий Седов охранял вход в устье Амура как командир миноносца. После окончания военных действий Седова отозвали на прежнюю работу, предложив ему в качестве руководителя экспедиции отправиться на р. Колыму, чтобы исследовать, насколько её устье пригодно для судоходства.
Преодолевая многочисленные тяготы и лишения, Седов и его команда добрались вначале до реки Лена, а затем до Среднеколымска, откуда все лены экспедиции отправились вниз по течению к устью Колымы. Здесь Седов сумел за одно лето отметить на карте не только берега, но и глубину моря вблизи устья реки. В итоге был сделан вывод, что Колыма вполне пригодна для судоходства. Прибыв в Петербург, Седов в присутствии великих исследователей того времени Семенова-Тян-Шанского, Обручева и др. прочитал доклад о проделанной работе. После этой экспедиции Г.Седов был избран действительным членом Географического и астрономического обществ, последнее наградило его дипломом действительного члена Русского астрономического общества за исследования в области изучения географических координат. Впоследствии Седов участвовал в экспедициях на Новой Земле и Каспийском море.
Учёный долгое время мечтал о путешествии на Северный полюс, а в 1912 году вынес проект путешествия на суд общественности. Проблема заключалась в недостатке средств для осуществления этой благородной цели. К обнародованному Седовым проекту большая часть отечественных авторитетных учёных отнеслась критично. Правительство отказалось выделить на это деньги, император Николай II был более благосклонен к офицеру-патриоту, одарив его иконкой, дорогим ружьём и десятью тысячами рублей. Однако этих средств было слишком мало, так как требовалось около ста тысяч.
Представители прогрессивно настроенной части российской интеллигенции, желая помочь в организации экспедиции, обратились к населению через газету «Новое время», призывая всех оказать посильную помощь в сборе средств. Каждому, кто пожертвовал хотя бы самую скромную сумму, вручалась медаль, выпущенная в честь предстоящего путешествия.
Но, несмотря на все усилия, нужная сумма так и не была собрана, однако это не остановило Седова. Летом в 1912 году на корабле «Святой великомученик Фока» Седов покинул Архангельск, взяв курс на север. Однако снаряжение экспедиции не соответствовало поставленным задачам, так как продукты, купленные у местных купцов экспедиционерами Седова, оказались испорченными, а вместо эскимосских хаски в распоряжении команды Седова оказались местные дворняжки.
Суровая полярная ночь настигла команду Седова на Новой Земле вблизи полуострова Панкратьева. На зимовке Седов не терял времени напрасно, проводя географические исследования, благодаря которым сохранилось описание части острова. В 1913 году «Святой великомученик Фока» достиг берегов Земли Франца-Иосифа. Здесь команда Седова собиралась пополнить запасы угля и продовольствия для следующей зимовки. Однако сделать этого не удалось, и полярникам пришлось довольствоваться мясом тюленя и жирами.
На зимовку Седов остановился в бухте, которую он назвал Тихой. Жёсткие условия Севера, отсутствие витаминов и привычных продуктов питания отразились на здоровье многих участников экспедиции. Болезнь добралась и до Георгия Седова. Но, невзирая ни на что, 15 февраля 1914 года Седов покинул судно, примерзшее к покрытыми льдом берегам Земли Франца-Иосифа, и вместе с двумя столь же тяжелобольными матросами на собачьих упряжках отправился к полюсу.
Этот путь был совсем недолгим. В 1914 году 5 марта, пройдя немногим более 100 км из 1000-километрового маршрута к полюсу, Седов погиб неподалёку от острова Рудольфа, на руках полуживых матросов, с трудом возвратившихся на зимовку. В августе 1914 года экспедиции на «Святом Фоке», потерявшей своего руководителя и ещё одного члена команды, умершего от цинги, удалось вернуться в Архангельск. Этот момент совпал с началом Первой мировой войны, и интерес к судьбе полярников по понятным причинам значительно угас…
Седов не повернул назад и погибал со словами: «Кому как не нам, привыкшим к морозам, заселившим север, добраться до полюса! И полюс будет русским!» Пророчество Георгия Седова сбылось через 23 года.