En 1870, un riche habitant de Göteborg, Oscar Dickson, qui avait déjà fait en partie les frais de son dernier voyage, mit à sa disposition une nouvelle somme Nordenskjöld se rendit, cette fois, sur la côte occidentale du Groenland, s'avança plus loin dans l'intérieur qu'on ne l'avait encore fait et rapporta de précieuses collections d'histoire naturelle, notamment des échantillons de trois météorites du poids de 10 000, 20 000 et 50 000 livres, trouvés dans l'île de Disko. En 1872, il explora, une cinquième fois, les îles du Spitzberg et hiverna dans la baie de Mossel. En 1875, il s'avança sur le voilier Prœven, à travers la mer de Kara, jusqu'aux bouches de l'Iénisséi. A la fin de juillet 1876, il refit le même voyage sur le vapeur Ymer, en revenant de visiter l'exposition de Philadelphie, et il remonta l'lénisséi jusqu'au 70° N. Il était de retour à la fin de septembre et il employa toute l'année suivante à préparer sa huitième expédition, la plus importante de toutes. 

Parti de Göteborg le 4 juillet 1878 avec, deux petits vapeurs, la Véga et  la Lena, il traversa la mer de Kara, arriva, le 20 août, au cap Tchéliouskine, le 27 août en vue du delta de la Léna (La découverte de la Sibérie). Il laissa la Léna remonter le cours du fleuve jusqu'à Iakoustk et, continuant avec la Véga, que commandait le lieutenant Palander, de longer la côte de Sibérie, atteignit, dès le 3 septembre, les îles de Bären, par 160° E.. Mais, à partir de ce point, la navigation, entravée par les glaces, devint des plus pénibles; le 28 septembre seulement, la Véga entra dans la  baie de Kolioutchine; elle n'en put sortir que le 18 juillet 1879, et, deux jours après, le 20 juillet, elle franchit le détroit de Béring. Nordenskjöld avait ainsi réussi, le premier, à se rendre de l'Atlantique dans le Pacifique, par ce fameux passage du Nord-Est, si vainement tenté depuis plus de trois siècles; il avait en outre rectifié, sur bien des points, la carte de ces régions.

Il parcourut rapidement les deux rives du détroit, toucha le 31 juillet à l'île Saint-Lorenz, fit relâche le 2 septembre à Yokohama et regagna l'Europe par le canal de Suez. A Naples, à Rome, à Paris (mars 1880), le hardi navigateur fut, ainsi que le lieutenant Palander, l'objet de réceptions enthousiastes, et, à son arrivée à Stockholm, le 24 avril, le roi de Suède le fit baron. En 1883, il effectua, toujours aux frais de Oscar Dickson, une neuvième expédition : parti de Göteborg, sur la Sofia, le 23 mai, il mit le cap, pour la seconde fois, sur le Groenland, y arriva le 1^er juillet et s'enfonça dans l'intérieur, avec des traîneaux, jusqu'à 130 kilomètres, tandis que les Lapons qui l'accompagnaient poussaient, avec leurs patins, jusqu'à 230 kilomètres, sans arriver d'ailleurs à découvrir une terre libre de glaces. A partir de cette époque, Nordenskjöld, s'est à peu près exclusivement consacré à des travaux de cartographie ancienne. 

Il était membre de l'Académie des sciences de Stockholm, associé étranger 
de celle de Paris. Il a aussi été, à plusieurs reprises, membre de la seconde Chambre suédoise. Il a publié, outre un grand nombre de mémoires, d'articles et de notes parus dans divers recueils : Voyage de la Vega autour de l'Asie et de l'Europe, en suéd. (Stockholm, 1881, 2 vol.; trad. franç., par Ch. Rabot et Ch. Lallemand; Paris, 1883-84, 2 vol. avec cartes; trad. allem., Leipzig, 1890, 2e éd.); Résultats scientifiques de l'expédition de la Véga, en suéd. (Stockholm, 1882-87, 5 vol.); la Seconde Expédition suédoise au Groenland, en suéd. (Stockholm, 1885; trad. fr. par Ch. Rabot, Paris, 1888, avec cartes); Atlas de cartographie ancienne, en suéd. et en angl. (Stockholm, 1589).

Son fils, Gustaf (1868-95), a fait en 1890 un voyage au Spitzberg et a exploré en 1891 les plus beaux canyons du Colorado. Il a donné des relations de ces voyages, en suédois. La dernière a été traduite en anglais par Morgan, sons le titre : The Cliff dwellers of the Mesa Verde (1893). (L. Sagnet).