Путешествие Головнина продолжалось семь лет. Оно напечатано в трех разных сочинениях: 1) Путешествие шлюпа «Дианы» от Кронштадта до Камчатки в 1807, [18]08 и [18]09 годах; 2) Сокращенные записки об описи Южных Курильских островов в 1811 году; 3) Записки флота капитана Головнина о приключениях его в плену у японцев в 1811, [18] 12 и [18] 13 годах и пр. Первые два изданы от Государственного Адмиралтейского департамента в 1819 году, а последнее самим Головниным в 1816 году на иждивении его императорского величества. Весьма любопытное его путешествие в 1810 году из Камчатки в Америку и обратно с подробным описанием колоний Российско-Американской компании по разным причинам[9] не напечатано и, вероятно, никогда не будет напечатано.
В июле 1814 года Головнин возвратился в Петербург и в награду за его службу всемилостивейше пожалован (24 июля) чином капитана 2-го ранга[10] и получил пожизненный пенсион 1500 рублей в год.
В начале 1817 года опять назначен он был в путешествие вокруг света на шлюпе «Камчатка», который долженствовал под его командою отправиться в Северный Великий океан с разными поручениями и к российским владениям, при оном лежащим. В сие время Головнин был сговорен на дочери тверского помещика девице Авдотье Степановне Лутковской, которая получила воспитание свое в Петербурге и жила в доме у родного своего дяди. Он мог бы и отказаться от сего путешествия, но такой поступок казался ему слишком низким и непростительным. Невеста его желала, чтобы он, женившись, взял ее с собою, но как ему хорошо были известны опасность и все трудности морских долгих путешествий, то на сие предложение он не согласился, а решился отложить брак до возвращения. Положение, в каком они находились во время их разлуки, продолжавшейся более двух лет, лучше можно себе представить, нежели описать. Головнин отправился из Кронштадта августа 26 [-го] 1817 года, а возвратился в сентябре 1819 года, исполнив все возложенные на него поручения. За сие октября 13-го того же года всемилостивейше пожалован в чин капитана 1-го ранга, а 15 октября вступил в брак, от которого прежде мог отвлечь его на некоторое время один только строгий долг службы. Из сего путешествия Головнина отрывки были напечатаны в «Сыне Отечества», а полное сочинение, по воле высшего начальства, издано им на иждивении Государственного Адмиралтейского департамента в 1822 году.
Сентября 13-го 1821 года за отличную службу пожалован он капитан-командором и назначен в Морской кадетский корпус, где, сверх его должности по корпусу, занимался он переводом с английского языка истории кораблекрушений, сочинение г. Дункена, которую на счет казны и издал с своими замечаниями и пояснениями, присовокупив к оной четвертую часть, содержащую описание крушений российских кораблей. Сочинение сие признано было морским начальством столь полезным и необходимым для мореплавателей, что книга Головнина включена в число штатных книг, на военные суда российского флота отпускаемых, а ему выдано половинное число экземпляров и сверх того пожалованы столовые деньги по 1200 рублей в год. В то же время он привел в порядок замечания, сделанные им в прежние его путешествия, кои намерен был издать под названием: «Воспоминания о моих путешествиях», но, встретив препятствия в цензурном комитете, отложил до времени более благоприятного. В бытность же его в корпусе сочинил он «Тактику военных флотов, составленную по новой системе и примерам лучших европейских флотов» и «Искусство описывать приморские берега и моря с изъяснением употребления всех новейших способов и инструментов, при сей описи употребляемых». Недостаток сочинений сего рода в Морском кадетском корпусе заставил его предпринять сей труд, но когда готовился он к начатию печатания сих сочинений, то в то самое время по высочайшему повелению, апреля 25[-го] дня 1823 года, назначен управляющим Государственной Адмиралтейств-коллегии Исполнительною экспедициею с званием генерал-интенданта и с состоянием по флоту.
Сия новая должность, обширнейшая и труднейшая из всех к Морскому ведомству принадлежащих должностей, отняла у Головнина весь досуг и все время, которое мог бы он употребить на другие занятия, ибо экспедиции Адмиралтейской коллегии управляются одним лицом, которое за все дела, в оных производящиеся, и ответствует, а из них Исполнительная экспедиция заведывает всем корабельным строением и береговыми зданиями, адмиралтейскому ведомству принадлежащими, по всей России от Риги до Камчатки, кроме черноморских портов.