В Индийском океане (в восьми рейсах, начиная с 31-го рейса в 1959 г.) «Витязь» произвел запись рельефа дна протяжением во много тысяч миль и сделал около 20 геомагнитных съемок. Он исследовал единственный в этом океане глубоководный желоб Зондский и разломы ложа Индийского океана — Амирантский, Витязь, Чагос, Ланка, Маврикий и др. Были получены новые данные о срединно-океанском хребте Индийского океана, о строении рифтовых зон. В результате многочисленных рейсов на картах этого наименее изученного из всех океанов появились горные хребты и отдельные подводные горы, например гора Афанасия Никитина. Было открыто идущее вдоль экватора подповерхностное течение, названное течением Тареева (в честь безвременно умершего ученого, работавшего в Институте океанологии).
Геологические исследования в дальневосточных морях стали школой советских морских геологов, в которой отрабатывались приемы геологических исследований на больших глубинах, в условиях качки или льдов, испытывались новые приборы. На основе собранного материала была составлена первая карта донных осадков Охотского моря. Она коренным образом отличалась от карт донных осадков, составленных ранее. Были исследованы также Японское и Берингово моря.
Детально изучался химический состав донных осадков, причем кроме обычных анализов на соединения кремния и карбонаты исследовалось распределение таких элементов, как ванадий, вольфрам, молибден, а также распределение сульфидов и свободного H2S.