以上の多様な鑑定書が提出された後、検察側は同月19日に開かれた第3回公判において、検察側による論告求刑が行われた。検察側はまず、事件前日の夕食時刻について、広川が予審半ばまで一貫して19時頃であると述べていたものを、小南鑑定が出された後になって20時半頃と変更した不自然さを指摘した。6月30日に広川が小笛に出したとされる手紙についても、今までほとんど小笛に手紙など書かず、「小笛が神戸に来ては困るので自分が京都に出向いている」と公言していたはずの広川が、「皆さんお誘ひの上でお遊びに御出でて下さい須磨へ御案内致します」などと書いている点からしても、偽装工作であることは明らかとした。小笛の死因を自殺とした三田鑑定については、同月に九大法医学教室で開かれた法医学会でこの問題が議論の対象となったが、誰一人として三田の主張に賛同する者はいなかった、としてその信頼性を否定した（実際には、この学会には草刈も出席していたが、草刈は裁判中の事件について論評することをよしとせず、他殺説にあえて反論しなかった）。そして、小笛は共に情死するという広川の言葉を信じたがために、ほとんど抵抗することなく殺害されたのである、とした。他の3人の犠牲者についても、やはり全員が広川によって殺害されたとした。Aについては、上掲の遺書で小笛が広川に殺害を依頼している反面、他の遺書には「ニモツヲトツテキテ〔A〕ニヤツテクダサイ」などと、Aの生存を念頭に置いた記述がある点を指摘した（注参照）。検察側は、後者こそ最後に書かれた小笛の本心であり、小笛にはAを殺害する意思はなかったと主張した。そして、Aの寝床に散らばった広川の名刺が、広川の犯行を指し示している、と論告した。以上の論告に基づき検察側は、広川が小笛と情死を約束するに至った経緯には酌むべき事情があるものの、他の3人の殺害については何ら同情の余地はないとして、広川に死刑を求刑した。
これら数々の鑑定の他にも、弁護側は縊死の研究者である地元の警察医、矢野春利による鑑定を裁判所へ申請している。裁判所はこの必要を認めなかったが、矢野は弁護側の依頼に基づき、11月17日に独自の鑑定書を提出した。矢野の鑑定では、小笛は踏み台に乗ったまま首を圧迫し、その場で意識を失い（ロ）溝が生じたとされる。その後、全身の痙攣から小笛の身体は踏み台から滑り落ち、帯が上へ滑って（イ）溝が形成されたとする。この推定ならば、2溝の太さの違いや奇妙な遺体の姿勢、そして脚の痣（踏み台のまな板が跳ね上がってぶつかったとする）などの点にすべて説明がつく、と矢野は主張した。矢野は小笛の死因を自殺と断定し、小南・中田・高山鑑定にはいずれも科学的根拠がないと批判した。
6月12日、帰国組4人と善六、新蔵はペテルブルクを出発し、クロンシュタット港に向かった。クロンシュタット港にはクルーゼンシュテルンを船長とするナジェジダ号（乗組員65人、レザノフ随員6人、日本人5人、計76人）と僚船ネワ号（乗組員54人）が碇泊しており、善六はレザノフや帰国組4人と共にナジェシダ号に乗船した。6月16日朝10時に新蔵が見送る中、船団はクロンシュタット港を出港した。クロンシュタットから20日程の航海で船団はコペンハーゲンに入港し、ここで40日程逗留した後、船団はコペンハーゲンを出港した。それから数日後、船団がドーバー海峡を航海中にイギリスの軍艦から砲撃を受ける事件が発生した。これはイギリス軍艦が船団をフランス船と勘違いしたために起こった事件で、間違いに気付いたイギリス側は士官をナジェシダ号に派遣して謝罪し、酒を贈っている。この時、レザノフはイギリス軍艦に移乗してロンドンに向かったため、船団はファルマス港で1週間ほどレザノフを待ち、レザノフと合流後にファルマスを出港した。この頃からレザノフとクルーゼンシュテルンの対立は激しくなり、善六はレザノフ側と認識され、船員から邪険に扱われるようになった。9月5日に船団はカナリア諸島テネリフェ島のサンタ・クルス港に入港し、ここで一週間滞在して水や果物を買い込んだ。10月初めに船団は赤道を通過した後、11月8日にブラジルのサンタカタリーナ州フロリアノーポリス港に入港し、70日あまり滞在した。ここでも一行は大量の食糧を買い込み、中にはペットとして動物を買い、船に持ち込む者も現れた。そのような中、レザノフの随員の1人がオナガザルを買ったが、程なく世話をしなくなったために善六が代わりにこの猿の面倒を見るようになった。善六はこの時期、儀兵衛らとの諍いが絶えず、船の中でも孤独であったためにこの猿を特に可愛がっていたのだが、ある日この猿が他の船員にかみつき、驚いた船員が猿を甲板に叩きつけて殺してしまい、善六はさらにふさぎこむようになった。船団は南米最南端のホーン岬を目指してフロリアノーポリスを出港し、フエゴ島の沖合を通過した。船団はマゼラン海峡を避けて、ホーン岬を廻ろうとしたが、風が強くて岬を廻れず、南極圏近くまで流されたものの、1ヶ月程で太平洋に出ることができた。この間、船内ではレザノフとクルーゼンシュテルンの対立や善六と帰国組の対立はさらに激しくなり、特に善六と儀兵衛は船内で顔を合わせる度に喧嘩となり、最年長の津太夫や善六と歳の近い太十郎が仲裁に入っても喧嘩が止むことはなかった。享和4年（1804年）の3月はじめ頃に船団はマルケサス諸島のヌク・ヒバ島に到着した。この島にはジョセフ・カプリというフランス人とロバーツというイギリス人が暮らしており、この二人を仲介して島民と物々交換を行い食糧を入手した。船団は5月頃まで滞在し、ジョセフとロバーツは出発の前夜、ナジェシダ号に乗り込んで別れを告げに来た。この時、ロバーツは夜のうちに下船して島に戻ったが、ジョセフは船に泊まって寝てしまい、翌朝目を覚ました時にははるか沖合を航行中であったため、このまま一行に加わることになった。船団は再び赤道を越え、マルケサスから20日ほどでハワイ諸島に着いた。しかし、ハワイではわずかな食糧しか交換できなかったため、交換を終えると船団はすぐに出発した。ナジェシダ号はここでカリフォルニアに向かう僚船ネヴァ号と別れを告げ、単独で航海を続けた後、7月3日にカムチャツカ半島のペトロパブロフスクに到着した。ペトロパブロフスク到着後、レザノフはすぐにクルーゼンシュテルンのことをカムチャツカの総司令官に訴えた。レザノフの強い希望により、一時は裁判沙汰に発展しそうになったが、クルーゼンシュテルンがレザノフに謝罪したことで両者は和解した。和解後、レザノフとクルーゼンシュテルンは話し合いの場を持ったのだが、この時クルーゼンシュテルンが善六が船に乗っていることで日本人同士が対立し、船内の空気を悪くしていると強く主張した。そのため、善六はここで下船することが決まり、ペトロパブロフスクでレザノフの帰りを待つことになった。そして8月18日、ナジェシダ号は長崎に向けて出港した。なお、この日の前日に善六は津太夫たちの家を訪問し、ナジェシダ号出港時も岸壁に立って津太夫たちを見送った。