Kiedy car Aleksander I zezwolił na zorganizowanie ekspedycji na polarne koło podbiegunowe w 1819, Bellingshausen został wybrany na jej dowódcę. Po opuszczeniu Portsmouth 5 września 1819 r. z dwoma okrętami (600-tonową korwetą „Wostok” i 530-tonowym statkiem pomocniczym „Mirnyj” – pod dowództwem Michaiła Łazariewa), wyprawa przekroczyła południowe koło podbiegunowe (po raz pierwszy od czasu, kiedy zrobił to Cook) 26 stycznia 1820. 28 stycznia ekspedycja dotarła do stałego lądu będącego częścią Antarktydy (do miejsca o współrzędnych: ) i ujrzała ogromne pola lodowe. Fakt ten został potwierdzony zarówno poprzez pamiętnik Bellingshausena, jak i jego raport z 21 lipca 1821, skierowany do Jeana Baptisty de Traversay, rosyjskiego ministra do spraw marynarki, oraz inne dokumenty dostępne w Rosyjskim Muzeum Państwowym w Petersburgu. Dlatego Rosjanie uważają Bellingshausena za pierwszego odkrywcę tzw. „Terra Australis”, negując pierwszeństwo brytyjskiej wyprawy pod dowództwem Edwarda Bransfielda z 30 stycznia 1820 oraz amerykańskiej z Nathanielem Palmerem, która dotarła do Antarktydy 17 listopada 1820. W czasie swojej wyprawy Bellingshausen odkrył i nazwał jedną z wysp wchodzących w skład Szetlandów Południowych imieniem Piotra I oraz półwysep, który nazwał Wybrzeżem Aleksandra.