在尚未得到沙皇的批覆的情况下，1806年10月10日，赫沃斯托夫等人的舰队在库页岛南端的亚庭湾袭击了日本松前藩主的税务所，焚毁仓库，宣布库页岛为俄国所有 。德川幕府命令远山景晋等人赶赴库页岛，将原松前藩主对库页岛的统辖权收归幕府直接管辖 。与此同时，又命令仙台、会津两藩，派兵戍守库页岛等地 。1808年初，德川幕府发布“俄船驱逐令”，指令沿海各地，“今后无论在何处海面发现俄船，应即严加驱逐 。如敢靠岸，应迅即逮捕或处死” 。1808年春，正式派遣间宫林藏和松田传十郎等前往库页岛进行考察 。1809年，间宫林藏再次对库页岛进行了考察，并沿黑龙江溯流而上，访问了中国清朝政府设在黑龙江下游德楞的地方政府，他注意到岛上居民依旧向清朝地方政府交纳贡物 。
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英国出版的1835年中国与日本地图1814年，日本政府从南库页岛撤兵，废弃了德川幕府的直辖权，恢复了松前藩主的对库页岛的管理权力 。1849年，涅维尔斯科伊在东西伯利亚总督穆拉维约夫的支持下，于6月26日乘“贝加尔”号军事运输船开往库页岛东岸，再次对库页岛进行“考察”，并绕过库页岛北端，转而向南侵入鞑靼海峡 。7月23日，涅维尔斯科伊率“贝加尔”号军事运输船又进入黑龙江口进行考察，然后向北返航，开往鄂霍次克海域 。1852年初，涅维尔斯科伊占据了黑龙江口，随之由设在江口湾北岸的彼罗夫的冬营地派出一支哥萨克军进入库页岛，蒐集库页岛的各种情报，为武装占领库页岛做準备工作 。1853年4月23日，沙俄政府指令俄美公司立即占领库页岛，并且命令涅维尔斯科伊在库页岛东西两岸各设立一个武装哨所 。涅维尔斯科伊于同年8月在库页岛东岸登入，建立了以穆拉维约夫的名字命名的哨所，并且公然宣布：库页岛“属俄国所有” 。1854年初，由于沙俄在欧洲陷入了与英法两国争夺克里米亚战争，为避免英法海军在北太平洋对沙俄的攻击 ，不得不暂时从库页岛上撤退 。1856年，克里米亚战争结束，沙俄趁英法在中国发动第二次鸦片战争之机，在加紧侵占中国黑龙江流域的同时，又出兵占领了库页岛，并把库页岛划归东西伯利亚总督穆拉维约夫直接管辖之下 。俄国的“远东政策特别委员会”1852年5月委派普提雅廷为俄方的全权代表赴日进行谈判 。经过两年多的谈判 ，日俄双方终于于1855年2月7日签订了 《日俄下田条约》 。条约规定：在库页岛问题上是“不划边界，维持原状” 。
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1844年英国出版的地图承认库页岛属于中国1855年，幕府为加强对库页岛的管理，从松前藩收回了虾夷地的管理权，将其转交幕府直辖的箱馆奉行，并于次年正式在库页岛设定管理机构 。1858年，中俄 《瑷珲条约》 签订后，穆拉维约夫认为彻底解决“库页岛问题”的时机已经成熟，他得到沙俄政府的允许，决定亲自赴日进行谈判 。1859年8月，穆拉维约夫在9艘军舰的护送下到达江户 。在沙俄的武力威胁下，德川幕府当即委派代表同俄使穆拉维约夫举行谈判 。俄国通过《瑗珲条约》和《北京条约》获得了黑龙江以北、乌苏里江以东包括库页岛在内的大片中国领土，但这两个条约都未提及库页岛 。在1860年正式割让前，清政府一直将库页岛列入中国版图，19世纪40年代前后德国、英国等国出版的地图也承认整个库页岛属于中国，当时一些欧洲观察家（包括俄国人）和日本人认为至少库页岛的北部属于中国 。穆拉维约夫，当他1859年面对日本提出对库页岛的要求时，援引了1858年签订的《瑗珲条约》，说该条约将黑龙江以北的领土割让给了俄国 。穆拉维约夫兼併黑龙江下游地区和库页岛时，是以清朝皇帝直至1858年前对这些地方的管辖权为根据的 。