Прошли годы, и за осуществление смелой идеи своего далекого предка взялся известный американский полярный летчик и путешественник Губерт Уилкинс. К этому времени он успел поучаствовать в нескольких полярных экспедициях в Арктике и в Антарктике, имел в научных кругах репутацию серьезного исследователя и опытного полярного летчика. В 1930 году по его просьбе ВМФ США за символическую плату (один доллар в год) фирме «Лэйк и Дэненхоуер» была передана на 5 лет списанная подводная лодка, которую планировали переоборудовать для проведения подледного плавания к Северному полюсу.
Несмотря на древность, лодка имела неплохие технические характеристики. Длина в 55 метров и высота в 4,7 метров позволяли разместить в ней значительное количество специального оборудования. Два 500-сильных дизеля обеспечивали надводный ход со средней скоростью 20 километров в час. Аккумуляторные батареи позволяли до 42 часов идти в подводном положении со скоростью порядка 6 километров в час.
В начале июня 1931 года лодка под командованием бывшего капитан-лейтенанта американского флота Слоуна Дэненхоуера покинула порт и взяла курс к берегам Европы. В Атлантике на лодке произошли серьезные поломки, так что ей пришлось продолжить путь на буксире линкора «Вайоминг». В английском Давенпорте субмарина стала на ремонт, который проводился в авральном порядке, так как Уилкинс не хотел переносить экспедицию на следующий год.
В начале августа 1931 года отремонтированный «Наутилус» смог в надводном положении перейти в норвежский порт Берген, где принял на борт членов экспедиции и загрузил недостающее оборудование и продовольствие. Кроме Уилкинса, возглавившего экспедицию, в ней приняли участие известные полярные исследователи X. Свердруп и Ф. Сауль.
Только 12 августа лодка взяла курс к Шпицбергену. По пути «Наутилус» попал в серьезный шторм, который и субмарина, и экипаж выдержали с честью. Первоначально Уилкинс предполагал подо льдом достичь Северного полюса и, если получится, всплыть на нем, затем пройти к берегам Аляски. Но время, благоприятное для северных путешествий, было упущено, и ему пришлось внести в планы значительные коррективы. Было принято решение совершить плавание севернее Шпицбергена, по возможности зайдя как можно дальше под ледяные поля. При этом производить различные исследования и собирать образцы морской фауны и флоры.
18 августа Уилкинс приступил к выполнению скорректированного плана, направив «Наутилус» на север к полярным льдам. Уже вечером следующего дня лодка подошла к кромке ледяного поля и стала готовиться к погружению. Оказалось, что погрузиться «Наутилус» не может, так как во время перехода был потерян руль глубины. Но это не остановило исследователей. Было принято решение провести все возможные испытания лодки в ледовых условиях, в том числе хотя бы носовой частью субмарины «залезть» под ледяной покров, чтобы проверить прохождение света сквозь ледяную толщу и возможность ориентации подо льдом.
Эксперимент с частичным погружением удался. «Я не мог отделаться от чувства, что мы подвергаемся значительному риску, пробуя насильно загнать лодку под лед. Без руля глубины она не была способна управляться, а если слишком много набрать воды в цистерны, то лодка могла сейчас же пойти ко дну», — написал впоследствии об этом погружении X. Свердруп.
Так как в ледяном поле были значительные полыньи, Уилкинс попытался как можно дальше пройти на север, выполняя океанографические исследования. Ему удалось продвинуться до широты 81°59'. Ранее так далеко на север в районе Шпицбергена суда не заходили. На этом исследования были завершены, а лодка отправилась в обратный путь. В Бергене «Наутилус» встал на временный прикол, затем был отведен от берегов Норвегии и затоплен в нейтральных водах. А Уилкинс и участники экспедиции на обычном пассажирском пароходе отправились в Америку.
Первая попытка приблизиться к Северному полюсу на подводной лодке окончилась неудачей. Но она не была напрасной. Была подтверждена возможность использования подводной лодки для плавания во льдах, получены уникальные научные сведения о Северном ледовитом океане.
Еще при жизни Уилкинса его заветная мечта была осуществлена. Американская атомная подводная лодка, которая по стечению обстоятельств тоже носила имя «Наутилус», 3 августа 1958 года достигла Северного полюса. Через четыре месяца (1 декабря) Губерт Уилкинс скончался. Военные моряки выполнили его последнюю волю: 17 марта 1959 года на Северном полюсе всплыла атомная субмарина «Скейт», и привезенный на ней прах полярного исследователя был развеян надо льдами.