В следующем году Колчаку пришлось принять участие уже в другой экспедиции. Стало известно, что санная экспедиция под руководством Толля отправилась к острову Беннетта и пропала. Александр Васильевич получил официальное приглашение возглавить спасательную экспедицию, и он дал согласие. Колчак отправился в Мезень, где нанял матросов, а затем на вельботе отплыл на спасение Толля и его товарищей. В течение 42 дней продолжались поиски. На спасательной шлюпке люди пробивались через прибрежные арктические льды. Колчаку удалось найти то, что осталось от экспедиции – документы и гидрологические коллекции. Сам Толль и другие участники экспедиции погибли. За свое полярное путешествие Колчак был награжден орденом Св. Владимира 4-й степени. Русское гидрографическое общество наградило его большой Константиновской золотой медалью – исключительной наградой, которую до него имели лишь Н.А. Норденшельд и Ф. Нансен. В 1906 году Русское географическое общество избрало Колчака своим действительным членом.
С началом русско-японской войны Александр Васильевич отправляется на тихоокеанскую эскадру в штабе адмирала С.О. Макарова в Порт-Артуре. Здесь он получил назначение на должность вахтенного начальника на крейсер «Аскольд», в апреле был переведен на минный транспорт «Амур», а затем стал командиром эсминца «Сердитый». Под командованием лейтенанта Колчака эсминец осуществлял нападения на корабли японской эскадры, а поставленная им минная банка стала причиной гибели японского крейсера «Такасого». Вместе с Макаровым Колчак участвовал в подготовке прорыва блокады Порт-Артура и в разработке планов нападения на транспортные суда японцев в Желтом море и на Тихом океане.
В ноябре 1904 года Колчак был назначен командиром двух артиллерийских батарей на северо-восточном крыле крепости. Незадолго до падения Порт-Артура он получил ранение и попал в плен к японцам. В апреле 1905 года он через США вернулся в Петербург. За участие в русско-японской войне Колчак был награжден орденом Св. Анны 4-й степени, орденом Св. Станислава 2-й степени с мечами и золотой саблей с надписью «За храбрость».