Между Аляской и Калифорнией
1 мая «Николай I» и «Константин» стояли на рейде Ново-Архангельска. Правитель Этолин выделил в помощь зоологу двух креолов, и Вознесенский приступил к своим изысканиям. Больше двух месяцев провёл он на острове Ситха, где собрал очередную посылку для Петербурга, затем отправился на трёхмачтовом судне «Елена» в Русскую Калифорнию. Две недели занял путь от острова Ситха до залива Бодега, там из порта Румянцева и форта Росс начался вывоз имущества. Форт был продан за 30 тыс. пиастров швейцарцу Дж. Суттеру. Вознесенский тем временем посетил два ранчо, основанных русскими на реке Славянке, где выращивались пшеница, бобы, лук и виноград. Несколько дней он провёл среди исполинских кедров и сосен, отстреливая птиц для орнитологической коллекции. От устья до истока изучил реку Славянку.
Верхом на лошади Вознесенский проехал в Сан-Франциско и побывал в католических миссиях Санта-Клара, Сан-Пауэбло, Сан-Антонио. Потом на лодке поднялся по впадающей в залив Сан-Франциско реке Сакраменто к имению Дж. Суттера, приобретшего его в рассрочку. Прожил у него с месяц, обследовав окрестности реки, которая совсем скоро станет знаменитой своими золотыми месторождениями. Первая карта-схема бассейна прославленной Джеком Лондоном реки Сакраменто была составлена Ильёй Вознесенским.
Форт Росс, основанный в 1812 году, был ликвидирован 15 апреля 1839 года. Вознесенский покинул его вместе с последними жителями. Он вернулся в Ново-Архангельск на бриге «Елена», которым командовал ставший другом Лаврентий Загоскин. В октябре 1841 года были отправлены в Петербург 15 ящиков коллекций и две бочки с заспиртованными животными. А в ноябре корабль «Наследник Александр» снова доставил Вознесенского в Калифорнию, на этот раз в Южную, тропическую.
Корабль шёл за грузом соли для Ново-Архангельска. Вознесенского взяли как «бесплатного пассажира». Из холодной в это время года страны они попали в тропический океан, прошли мимо острова, окружённого плотными зарослями водорослей — «морской капустой». Когда зашли в длиннейший залив, в тысячу с лишним вёрст, отделивший узкую полоску полуострова Калифорния от Мексики, Вознесенский обратил внимание на то, что голубой в океане цвет воды сменился на зеленовато-серый. Хотя глубина в заливе была вполне океанская, в поверхностном слое вода заметно разбавлялась мутными водами впадающей в залив реки Колорадо, куда Вознесенский сплавал на байдаре. Он описал удививших своим обликом крупных длиннохвостых птиц — белоголовых фрегатов: голова белая, а тело чёрное, как смоль, «летает очень гордо, быстро и высоко».
За три дня до Нового года корабль прибыл в порт Лоретто. Спустили маленькую лодку — «гичку», в ней поплыли к берегу, где попали в окружение мексиканцев в широкополых сомбреро.
Как и было условлено, пока команда загружала корабль солью, Вознесенский больше месяца занимался на берегу исследованиями. Он объездил все окрестности и собрал огромную коллекцию растений — 113 видов.