1812年（文化9年）春、監視付の散歩が許されるようになり、また牢獄から城下の武家屋敷への転居が行われたが、このまま解放される見込みがないと懸念したゴローニンらは、脱獄して小舟を奪い、カムチャツカか沿海州方面へ向かうことを密かに企てた。当初はムールやアレクセイも賛同したが、ムールは翻意。3月25日にムールとアレクセイを除く6名が脱走。松前から徒歩で北に向かって山中を逃げたが、4月4日、木ノ子村（現在の上ノ国町）で飢えて疲労困憊となっているところを村人に発見され捕まった。松前に護送され、奉行の尋問を受けた後、徳山大神宮の奥にあるバッコ沢（現在の松前町字神内）の牢獄に入れられた。
1811年（文化8年）、ペトロパブロフスクに寄港していたスループ船・ディアナ号の艦長ゴローニン海軍大尉は千島列島南部の測量任務を命じられ、ディアナ号で千島列島を南下。5月に択捉島の北端に上陸、そこで千島アイヌ漂流民の護送を行っていた松前奉行所調役下役・石坂武兵衛と出会った。ゴローニンが薪水の補給を求めたところ、石坂は同島の振別（ふれべつ）会所に行くよう指示し、会所宛の手紙を渡した。しかし、逆風に遭遇したことに加えて、当時のヨーロッパにおいて未探索地域であった根室海峡に関心を持ち、同海峡を通過して北上しオホーツクへ向かう計画であったゴローニンは振別に向かわず、穏やかな入り江がある国後島の南部に向かった。そして5月27日、泊湾に入港した。湾に面した国後陣屋にいた松前奉行支配調役・奈佐瀬左衛門が警固の南部藩兵に砲撃させると、ゴローニンは補給を受けたいというメッセージを樽に入れて送り、日本側と接触した。6月3日、海岸で武装した日本側の役人と面会、日本側から陣屋に赴くよう要請される。6月4日、ゴローニン、ムール(Fedor Mur)少尉、フレブニコフ(Andrei Khlebnikov)航海士、水夫4名（シーモノフ、マカロフ、シカーエフ、ワシリーエフ）と千島アイヌのアレキセイ(Alexei Maksimovich)は陣屋を訪問。食事の接待を受けた後、補給して良いか松前奉行の許可を得るまで人質を残してほしいという日本側の要求を拒否し、船に戻ろうとしたところを捕縛された。この「騙し討ち」を見て、ロシア人は泊湾を「背信湾」と呼ぶようになった。ディアナ号副艦長のリコルドは、ゴローニンを奪還すべく陣屋の砲台と砲撃戦を行ったが、大した損害を与えることができず、そして攻撃を続けるとゴローニン達の身が危うくなる懸念があることから、彼らの私物を海岸に残して、一旦オホーツクへ撤退した。オホーツクに着いたリコルドは、この事件を海軍大臣に報告しゴローニン救出の遠征隊派遣を要請するため、9月にサンクトペテルブルクへ出発した。途中、イルクーツク県知事トレスキンを訪問したところ、既に遠征隊派遣を願い出ているとの説明を受けたことからイルクーツクに滞在したが、ヨーロッパ情勢の緊迫化のため日本への遠征隊派遣は却下となり、リコルドは文化露寇の際に捕虜となりロシアに連行されていた良左衛門を連れてオホーツクへ戻った。
東京生まれ。1950年に東京農林専門学校（現・東京農工大学）を卒業し農林省に入省する。農林省農業技術研究所、沖縄県農業試験場勤務。1950年代は日本共産党に接近し、民主主義科学者協会（民科）の雑誌などにしばしば寄稿するなど民科系科学者の有力な論客だった。一方で、民科生物学部会で主流を占めたルイセンコ遺伝学やヤロビ農法からは距離を置く独自の立場を取っていた。1952年に血のメーデー事件に参加した際、警官隊との衝突で負傷し逮捕される。同事件で起訴され農林省を休職。休職期間中も労働組合の支援を受け、研究所に通い研究を続けた。1960年「ムギのアブラムシ類の個体群増殖ならびに棲みわけに関する生態学的研究」で京都大学理学博士。 1969年に復職し、1970年に無罪判決が確定。1970年代には沖縄県でウリミバエの駆除事業を指導。不妊化処理した雄個体を放散する方法を実用化して、ウリミバエ駆除への道筋を確立した。若いころ面識の無かった今西錦司を訪ねて指導を受ける。森下正明などの知己も得、生態学への道を志す。この頃から今西は欧米の個体競争中心の進化観から離れ、共生と全体論的進化観に傾く。1978年に名古屋大学助教授。同時期に執筆した『比較動物学』は今西の影響を強く受けている。しかし1970年代末から80年代初頭には欧米で起こった社会生物学を受け入れた。1982年に寺本英を代表として文部省の特定研究プロジェクト「生物の適応戦略と社会構造」が発足すると伊藤は動物班の代表となった。このプロジェクトには後の日本の生態学、進化学を牽引する山村則男、巌佐庸、河田雅圭、辻和希、遠藤彰、上田恵介、佐倉統、長谷川寿一、長谷川真理子、嶋田正和、粕谷英一らも参加した。海外からはW.D.ハミルトン、M.J.ウェスト＝エバーハード、J.クレブスらを招いた。このプロジェクトは日本の生態学と進化生物学を大きく発展させる転機となった。1988年に名古屋大学教授、1993年定年退官、名誉教授、沖縄大学教授。1998年退職。その後も行動生態学/社会生物学のテキストなどを執筆している。2007年、南方熊楠賞受賞。日本昆虫学会名誉会員である。2015年5月15日、肝不全により死去。85歳没。