Эту экспедицию Расмуссен описал в книге Мой путевой дневник (1915). 1 апреля 1916 года, едва успев обработать и опубликовать материалы предыдущего путешествия, Расмуссен снова отплывает в Гренландию на пароходе Ганс Эгеде . Вместе с ним отправляется картограф и геолог датчанин Лауге Кох. Позднее к ним присоединились шведский ботаник Торильд Вульф, гренландец Генрик Ольсен и три полярных эскимоса. Таков был состав второй экспедиции Туле. По первоначальному замыслу Расмуссена она должна была выполнить одну из двух задач: нанести на карту залив Мелвилл или исследовать фьорды на крайнем севере Гренландии. Фактически участникам экспедиции удалось выполнить обе эти задачи. Расмуссен и Кох высадились в Готхобе 18 апреля и почти сразу направились на север. Путешествие проходило в трудных условиях. Маршрут намного удлинялся тем, что двигаться приходилось не по прямой, а там, где можно было проплыть на лодке или проехать на собаках. Весна наступила раньше обычного. С конца апреля начал таять снег. Ехать на санях стало трудно, а лодкам мешали плавающие льдины. С каждым днем солнце грело все сильнее. Оно позже скрывалось за горизонтом и раньше поднималось в безоблачном небе. Лед ослепительно блестел в солнечных лучах, вызывал боль в глазах. Однажды Расмуссен услышал позади себя треск. Оглянувшись, он увидел, что сани провалились в воду. Лишь отчаянными усилиями удалось спасти собак и груз. Чтобы успеть добраться до залива Мелвилл, пока был хоть какой-то санный путь, Расмуссен решил двигаться днем и ночью. И люди и собаки страшно устали. Все чаще слышался угрожающий треск льда, то и дело приходилось обходить многочисленные полыньи. К саням привязали поплавки из надутых тюленьих шкур. Теперь сани, проваливаясь в воду, не тонули. Наконец 4 июня путешественники добрались до залива Мелвилл. Сам Расмуссен занялся археологическими исследованиями. Он изучил остатки более чем 50 эскимосских жилищ, располагавшихся некогда на берегах залива. Это позволило ему выявить старую доевропейскую эскимосскую культуру северо-западной Гренландии. По месту, где она была найдена, ее назвали культурой туле. Позже Пятая экспедиция Туле и позднейшие археологические раскопки в Гренландии и в канадской Арктике позволили установить, что культура туле культура охотников на китов и других морских животных была распространена на арктическом побережье Америки во втором тысячелетии н. э. до прихода на север.европейцев. Кох за две недели напряженной работы с помощью других членов экспедиции нанес на карту побережье залива Мелвилл протяженностью около 500 километров.
Затем Расмуссен и его спутники направились к мысу Йорк и в течение нескольких. месяцев изучали рельеф, геологическое строение и климат района между этим, мысом и станцией Туле. Здесь также исследовались остатки культуры древних эскимосских поселенцев. Участники экспедиции решили не возвращаться на юг, а провести зиму на станции Туле, которая к этому времени уже значительно благоустроилась. Здесь теперь был не один дом, а три дом заведующего Петера Фрейхена, торговая фактория и мастерская. Здесь они готовились к выполнению второй задачи экспедиции исследованию крайнего севера Гренландии. У каждого из участников предстоящего путешествия были свои сани, запряженные 12 сильными и отдохнувшими за зиму собаками. Сани заранее загрузили научным снаряжением и охотничьей амуницией. Продовольствия брали мало. Расмуссен рассчитывал кормить людей и собак добытым на охоте. Опыт предыдущих экспедиций показал, что это вполне возможно. Был взят лишь резервный запас продуктов: 50 килограммов пеммикана (высушенное и истолченное в порошок мясо, смешанное с растопленным жиром), немного кофе, сахара, галет. 6 апреля они выступили в путь. Впереди было более тысячи километров. Вначале двигались очень быстро. Уже 22 апреля экспедиция пересекла ледник Гумбольдта и вышла к Земле Вашингтона. С 3 по 6 мая Расмуссен и его спутники ехали по замерзшему океану вдоль обрывистого побережья северо-западной оконечности Гренландии. Нагромождения ледяных торосов то и дело преграждали путь. Перебираться через них было трудно и утомительно. К 7 мая экспедиция вышла к фьорду Сент-Джордж. Там она нашла гурий (пирамиду из камней, служащую ориентиром и местом хранения памяток экспедиций) с отчетом о работах Бомона, руководившего восточным отрядом экспедиции Нерса. Здесь Расмуссен устроил небольшой склад продовольствия. Затем экспедиция двинулась к фьорду Шерард-Осборн, первому из больших северных фьордов, которые предстояло исследовать. У фьорда путешественников встретил глубокий снег. Сани и собаки проваливались в него. Люди брели за санями по колено в снегу. До самого июня передвигаться можно было только на лыжах, но снег был настолько рыхлый, что и лыжи проваливались. В это время путешественников постиг и другой удар. Оказалось, что большой, свободной ото льда земли, которую показывали на картах около фьордов Виктория и Норденшельд, не существует. Вместе с этим географическим открытием рухнули надежды на охоту на мускусных быков. Взятые с собой небольшие запасы продовольствия почти кончились. Собак нечем было кормить, и вскоре половину их пришлось убить. Многочисленные охотничьи поездки Расмуссена и эскимосов в большинстве своем оканчивались безрезультатно.
Лишь однажды в небольшой долине вблизи мыса Мей удалось застрелить 40 мускусных быков, но увезти мясо с собой было не на чем. Собак осталось совсем мало, и они нужны были для перевозки научного снаряжения и собранных коллекций. И все же, несмотря на трудности, все продолжали самоотверженно работать. Только в конце июня, когда был нанесен на карту фьорд Де Лонг, последний из изучавшихся экспедицией северных фьордов, путешественники повернули назад. Снег в это время уже таял, и идти приходилось сначала по месиву из снега и воды, а затем по колено, а временами и по пояс в ледяной воде. Более глубокие места собакам приходилось переплывать, таща сани под водой. Чтобы спасти ботанические коллекции, на санях соорудили высокие помосты. Почти месяц Расмуссен и его спутники добирались до фьорда Сент-Джордж. Здесь они взяли небольшие запасы продовольствия, приготовленные заранее. Во фьорде было много тюленей, и путешественники хотели поохотиться на них, чтобы пополнить запас пищи. Но между ледяными полями и берегом образовалась полоса талой воды. Тюлени плавали в ней и не вылезали на лед. А стрелять в тюленя в воде, не загарпунив его предварительно, бессмысленно. Убитое животное сразу тонет. У мыса Дракон, вблизи фьорда Сент-Джордж при неизвестных обстоятельствах погиб Генрик Ольсен. Он ушел на охоту и не вернулся. Его искали четыре дня, но безрезультатно. Затем прошли несколько десятков километров и остановились еще на двенадцать дней, которые прошли в непрестанных поисках, но никаких следов Ольсена обнаружить не удалось. Скорее всего, он или утонул, или упал в пропасть. Прежде чем двинуться дальше в путь, в нескольких местах соорудили гурии. В них оставили письма с указанием маршрута, карты и пищу. Не хотелось верить, что Ольсена нет в живых. Подавленное настроение, вызванное гибелью товарища, усугублялось все острее ощущавшейся нехваткой продовольствия. Резервный запас, взятый из склада у фьорда Сент-Джордж, надо было оставить для перехода через ледник Гумбольдта. По льду предстояло пройти более 400 километров. И резервного запаса могло хватить лишь в том случае, если есть впроголодь и не задерживаться в пути. Переход через ледник начался 5 августа, а через несколько дней путь преградила глубокая расселина. На то, чтобы ее преодолеть, ушло два дня. Вскоре пеммикан и галеты кончились, и путешественники стали убивать оставшихся собак и есть их. Все очень ослабли и еле брели, таща за собой тяжелые сани. Когда Расмуссен и его товарищи были уже недалеко от южного края ледника, подул сильный ветер с дождем. Снег начал быстро таять, и бурные потоки воды преградили путь. Четыре дня, привязанные друг к другу ремнями, мокрые с ног до головы, путешественники преодолевали водные преграды.
Наконец, 24 августа, когда была съедена последняя собака, показался мыс Агассиз. Ледник Гумбольдта был пройден. Вульф и Кох к этому времени так ослабли от голода и физического перенапряжения, что не могли двигаться. Расмуссен оставил с ними двух эскимосов, а сам вместе с Айаго отправился в селение полярных эскимосов Эта, находящееся более чем в 200 километрах к югу от ледника Гумбольдта. При этом Расмуссен надеялся, что до прихода помощи Кох, Вульф и оставшиеся с ними эскимосы сумеют прокормиться охотой. Через пять дней Расмуссен достиг Эта, и оттуда сразу же выехала спасательная партия на пяти санях. Но помощь пришла слишком поздно. Торильд Вульф умер, не выдержав нескольких месяцев голода и лишений и невероятного напряжения последних недель пути. Расмуссен был глубоко потрясен и опечален смертью Вульфа. Как руководитель экспедиции он чувствовал себя ответственным за гибель своих товарищей. Во многом она стала результатом того, что на этот раз не оправдался расчет Расмуссена на охоту, а не на взятые запасы продовольствия. Научные результаты Второй тулеской экспедиции были велики. Она впервые нанесла на карту или уточнила очертания северо-западной и северной Гренландии в области, ограниченной 81° 83°35''; северной широты и 38° 56° западной долготы, исследовала стратиграфию северо-западной Гренландии, провела ботанические и фаунистические исследования, включая изучение цветковых растений, мхов, лишайников, морского планктона, осуществила гляциологические и гидрографические исследования и т. д. Вышли в свет книги Расмуссена Гренландия вдоль Полярного моря (1919) и Л. Коха Стратиграфия северо-западной Гренландии (1920). Вторая тулеская экспедиция впервые установила точные очертания залива Мелвилл, доказала существование ледников вблизи Земли Пири и открыла свободные ото льда земли около фьорда Сент-Джордж. Но за все эти научные достижения и открытия было заплачено ценой двух человеческих жизней. Одновременно с публикацией работ Второй экспедиции Туле Расмуссен готовился к следующей экспедиции. Он хотел записать фольклор эскимосов восточного побережья Гренландии. В то время как шла Третья экспедиция Туле, Расмуссен находился в Ангмагсалике в Четвертой, чисто фольклорно-этнографической тулеской экспедиции. Собранные им материалы составили трехтомник Мифы и саги Гренландии (1921-1925). Организация Третьей экспедиции Туле проливает новый свет на личность Расмуссена. Он охотно, несмотря на с вою занятость, помогает другим исследователям севера. Пятой экспедиции Туле поручалось изучение эскимосов канадского севера и Аляски, их антропологии, археологии, этнографии и особенно фольклора.