Галле по не зависящим от Стеллера причинам затягивалось, а деньги кончались.
Еще раньше Стеллеру приходила в голову мысль попытаться сделать научную карьеру в России. Теперь он эту мысль претворил в жизнь и в ноябре 1734 года по совету Хоффманна, тесно связанного с Санкт-Петербургской Академией наук, прибыл в Кронштадт. Руководивший школой Вайзенхаус Готтхильф Франке, также имевший связи в России, очевидно, снабдил его рекомендательными письмами, в том числе к архиепископу Феофану Прокоповичу, сподвижнику Петра Великого, реформатору, историку и поэту. У Прокоповича Стеллер стал домашним врачом.
Молодой немец, очевидно, пришелся по душе отличавшемуся суровым нравом архиепископу, который относился к нему вполне по-отечески и закрывал глаза на некоторые упущения по службе, вызванные частыми отлучками для изучения флоры окрестностей Петербурга. В середине прошлого века в библиотеке Санкт-Петербургской семинарии был обнаружен автограф шутливого стихотворения Прокоповича на латыни, озаглавленного „In moram Stellei medici” (На промедление Стеллеровых целебных растений). Стихотворение повествует, что, пока Стеллер ищет целебные травы для больного, тот умирает в страшных мучениях. Покойника уже похоронили, а Стеллера все нет. Другие больные изо всех сил цепляются за жизнь и всячески порицают опаздывающего Стеллера. Наконец тот появляется, рассерженный на Судьбу за то, что она осмелилась его опередить.
Благодаря Прокоповичу и Хоффманну, ставшему к тому времени почетным членом Санкт-Петербургской Академии наук, Стеллер обзавелся в России полезными знакомствами и в январе 1737 года стал адъюнктом натуральной истории Академии. Назначение подразумевало, что он вскоре отправится на Камчатку для участия в экспедиции Беринга. Незадолго до отъезда Стеллер женился на Бригитте-Хелене Мессершмидт, вдове известного естествоиспытателя, исследователя Сибири Даниила Готтлиба Мессершмидта.
Еще в августе 1733 года из Петербурга в Сибирь отправилась основная часть Академического отряда Второй Камчатской экспедиции в составе профессоров Г. Ф. Миллера, И. Г. Гмелина, Л. Делиль де ла Кройера, студентов С. П. Крашенинникова, А. П. Горланова, Ф. Попова, „рисовальных дел мастеров” И. X. Беркгана, И. В. Люрсениуса и других. Позже к ним присоединились адъюнкт И. Э. Фишер и переводчик Я. И. Линденау. В январе 1738 года Стеллер отправился догонять отряд. Проехав Москву, Касимов, Нижний Новгород, он спустился по Волге до Казани, оттуда поднялся вверх по Каме до Кунгура, затем проследовал через Екатеринбург, Тобольск и Нарым в Томск, куда прибыл в конце года. В Томске Стеллер в первый раз переболел горячкой. В январе 1739 года Стеллер прибыл в Енисейск, где встретился с Г. Ф. Миллером и И. Г. Гмелиным, а оттуда выехал в Иркутск, где находился почти год — с 23 марта 1739 года по 6 марта 1740 года. Повсюду, иногда далеко уклоняясь от основного маршрута, Стеллер собирал и описывал местные растения, среди которых были сотни видов, неизвестных европейской науке.
Из Иркутска, проследовав через Киренск и Якутск, Стеллер 12 августа 1740 года добрался до Охотска, где впервые встретился с Берингом. 21 сентября он на одном из экспедиционных судов прибыл в Большерецк на Камчатке.
Последующие события, происшедшие во время плавания экипажа Беринга к берегам Северной Америки и трагической зимовки в Командорском лагере, подробно описаны в публикуемом „Дневнике”.
После возвращения в августе 1742 года на Камчатку Стеллер два года посвятил ее изучению, описанию местной флоры и фауны, быта и нравов камчадалов. В августе 1744 года, когда стало известно о прекращении Второй Камчатской экспедиции, он на шхерботе „Елизавета” отправился в Охотск. Дальнейший путь в Петербург лежал через Якутск, где Стеллер провел зиму 1744 — 1745 годов, Иркутск, Томск. В Тюмени Стеллер снова заболел горячкой и скончался 12 ноября 1746 года, успев распорядиться своим имуществом. Могила его не сохранилась. Прекрасной эпитафией Стеллеру звучат слова И. Г. Гмелина: „Это был натуралист весьма даровитый и вместе с тем путешественник прирожденный. Он не останавливался ни перед какими трудностями и вел жизнь самую простую. Имел один сосуд, в котором сам стряпал свою пищу и из которого и ел и пил. Всякое платье и всякий сапог были ему впору. При всей беспорядочности жизни, Стеллер был наблюдатель весьма точный”.
Именно таким, точным, дотошным, целеустремленным ученым, неприхотливым в быту, не теряющимся в сложных ситуациях и вполне компанейским, но бескомпромиссным, несколько обидчивым и не без склонности к злословию человеком представляет Стеллера его „Дневник”, написанный в 1743 году на немецком языке на основе путевых заметок. 18 августа 1746 года, будучи в Сибири, Стеллер передал рукопись „Дневника” и другие материалы уезжавшему в Петербург адъюнкту И. Э. Фишеру.
В 1769 году рукопись еще находилась у Фишера. Профессор натуральной истории Санкт-Петербургской Академии наук Петр Симон Паллас (1741 — 1811) заказал с нее несколько копий и в 1793 году издал „Дневник” в Петербурге на немецком языке, позволив себе при этом значительные редакторские вольности. Он „улучшил” сообразно с эпохой немецкий язык и слог Стеллера, практически полностью переписав текст, произвольно перетасовал или вовсе опустил некоторые фрагменты, добавив собственные или взятые из других трудов Стеллера, попытался по своему разумению прояснить „темные” места и даже осуществил своего рода политическую цензуру.
На основе „варианта Палласа” „Дневник” был издан на английском (1803 и 1925 годы), немецком (1926 и 1974 годы) и русском (1928 год) языках. К последнему изданию, вышедшему под названием „Из Камчатки в Америку”, возможно, причастен крупнейший историк плаваний Беринга, будущий академик Л. С. Берг, но оно, по сути, является даже не переводом „варианта Палласа” (очевидно, по немецкому изданию 1926 года), а скорее его конспективным пересказом.
В 1992 году в Москве был издан еще один русский перевод „варианта Палласа”, подготовленный А. В. Шумиловым и С. М. Епишкиным. Этот перевод не указанного публикаторами немецкого источника, снабженный весьма поверхностным комментарием, помимо всех отступлений от первоначального текста, сделанных еще Палласом, содержит ряд произвольных сокращений и многочисленные ошибки перевода, часто искажающие смысл сказанного Стеллером.
К счастью, в середине 1910-х годов американский историк, профессор Фрэнк А. Голдер, разыскал в петербургском Архиве Российской Академии наук список с рукописи „Дневника”, сделанный во второй половине XVIII века, вероятно, по заказу П. С. Палласа. Список содержал, хотя и с небольшими очевидными искажениями, первоначальный текст, еще не обработанный Палласом. В 1917 году Голдер передал фотокопию списка в Библиотеку Конгресса США. Список составляет 221 страницу размером около 18 х 15 см; текст написан двумя или тремя разными почерками старонемецким