Отойдя от активной деятельности в Морском Генеральном штабе, но, оставаясь на военно-морской службе, он занялся преподавательской деятельностью в Морской академии и подготовкой к проведению новых полярных экспедиций по линии Академии наук.

Сам А.В. Колчак не учился в Морской академии и не имел академического образования, но благодаря постоянному и целеустремленному самообразованию после окончания Морского корпуса его знания в области военно-морских дисциплин, особенно оперативно-тактических, и практический опыт, полученный в этой области, были настолько обширными и глубокими, что командование Морской академии сочло полезным пригласить его на должность профессора. Для молодого офицера было весьма лестно получить это приглашение, и он дал свое согласие.

По предложению начальника Главного гидрографического управления, известного полярного исследователя генерал-лейтенанта А. И. Велькицкого Колчак приступил к подготовке экспедиции по изучению возможности прохода судов вдоль побережья Сибири из Тихого в Атлантический океан. Для осуществления первой в истории экспедиции прохода судов по этому маршруту в Петербурге на Невском судостроительном заводе были построены два специальных судна ледокольного типа "Вайгач" и "Таймыр". Корабли строились под наблюдением Колчака. После окончания строительства Колчак в марте 1909 года был назначен командиром "Вайгача", командование "Таймыром" было поручено тоже морскому офицеру – опытному полярнику Ф. А. Матисену. В 1909 году оба корабля совершили переход из Петербурга во Владивосток через Средиземное море и Суэцкий канал. По первоначальному плану "Вайгач" и "Таймыр", придя на Дальний Восток, должны были пополнить свои запасы во Владивостоке и сразу же выходить на северную трассу и вдоль побережья Сибири следовать на запад. Но корабли задержались во Владивостоке и с запозданием вышли к Берингову проливу, когда ледовая обстановка уже не позволяла продолжать путь по намеченному маршруту. Корабли вынуждены были вернуться во Владивосток, чтобы возобновить поход с наступлением навигации 1910 года.

Когда Колчак вернулся во Владивосток, на его имя пришла из Петербурга телеграмма за подписью морского министра и нового начальника Генерального штаба вице-адмирала Ливина, назначенного на эту должность после смерти Брусилова, с предложением вернуться в Морской Генеральный штаб для завершения работы над кораблестроительной программой.

Зимой 1911 года Колчак вернулся в Петербург и сразу же занялся кораблестроительной программой, которая благодаря энергичным действиям нового морского министра адмирала И. К. Григоровича в 1911 году наконец была утверждена, и Государственная Дума приняла закон о ее финансировании. По этой программе были заложены десятки новых кораблей, предназначенных для Балтийского и Черноморского флотов, но все они оказались на стапелях, когда разразилась первая мировая война. Такова была цена проволочек с утверждением кораблестроительной программы 1909 –1912 годов. И хорошо, что Николай II по докладу начальника Морского Генерального штаба своей властью разрешил до утверждения правительством новой судостроительной программы заложить в 1909 году на верфях Петербурга 4 новых линкора типа "Севастополь", предназначенных для усиления Балтийского флота.

Когда А.В. Колчак завершил свою работу над составлением кораблестроительной программы и разработкой оперативного плана развертывания Балтийского флота на случай войны с Германией, он в 1912 году получил приглашение от командующего морскими силами Балтийского моря вице-адмирала Н. О. Эссена перейти служить в Балтийский флот на должность флаг-капитана по оперативной части. По своему характеру это была та же работа, которой он занимался в Морском Генеральном штабе, ведая оперативной частью балтийского направления. Это предложение совпало с давним желанием Александра Васильевича перейти на флот, чтобы быть ближе к морю, кораблям и вообще живой работе, связанной с боевой подготовкой флота. Поэтому он охотно принял предложение Эссена и, получив разрешение морского министра адмирала И. К. Григоровича, в апреле 1912 года перешел служить в Балтийский флот.

В марте 1914 года Колчак был произведен в капитаны 1-го ранга и целиком переключился на выполнение своих основных обязанностей по должности начальника оперативного отделения штаба командующего Балтийским флотом. Этого требовала приближающаяся война с Германией, которая, по мнению Эссена, могла разразиться в наступившем 1914 году. И его как командующего больше всего беспокоил вопрос, связанный с решением главной задачи, поставленной перед Балтийским флотом оперативным планом, с которым флот вступил в войну. Поэтому на нем он и сосредоточил свое главное внимание, этим же вопросом был занят и штаб, и прежде всего Колчак как руководитель оперативной части штаба флота.

31 июля 1914 года, накануне объявления Германией войны России, отряд минных заградителей под прикрытием эскадры выставил на центральной позиции свыше 2,100 мин, поставленных в 8 линий в течение 4 часов. Это была прекрасная и вовремя выполненная операция. Командующий флотом и его помощник по оперативной части Колчак, как участники русско-японской войны, прекрасно помнили, к каким последствиям привело внезапное нападение японского флота на русскую эскадру в Порт-Артуре, и сделали все для того, чтобы не допустить ничего подобного в случае внезапного нападения германского флота на русскую эскадру в Финском заливе.

Таким образом, начавшаяся 1 августа 1914 года первая мировая война не застала русский Балтийский флот врасплох, как это было в русско-японскую войну. Русский флот вовремя произвел оперативное развертывание с постановкой оборонительного минного заграждения на центральной позиции и приготовился к бою в случае прорыва германского флота в восточную часть Финского залива.

Четырехлетнее пребывание Колчака в Балтийском флоте явилось хорошей школой выучки для занятия им такой высокой и ответственной должности, как командующий флотом во время войны. Находясь в Балтийском флоте, Колчак исполнял различные штабные и командные должности. Руководил оперативным отделением штаба флота, командовал эскадренным миноносцем и минной дивизией, возглавлял крупное оперативное соединение флота – морские силы Рижского залива. Руководил и принимал личное участие в боевых действиях флота при решении им различных задач, проявив себя в высшей степени храбрым и решительным офицером, не боявшимся ответственности за принятые решения. Это был человек, который не останавливался ни перед какими преградами и трудностями ради достижения намеченной цели. За отличие по руководству боевыми действиями кораблей и соединений и проявленную при этом храбрость в бою А. В. Колчак был награжден несколькими боевыми орденами, в том числе высшим – Георгиевским крестом 4-й степени.

В течение трех лет А. В. Колчаку пришлось служить под непосредственным руководством выдающегося флотоводца адмирала Н. О. Эссена, который многому научил будущего командующего Черноморским флотом как в области оперативного искусства, так и руководстве боевыми действиями флота при решении им различных задач.