På ekspedisjonen i 1893–1894 ble Astrup syk og deltok ikke på Pearys ferd over innlandsisen, som ellers ble en fiasko på grunn av sykdom, forfrysninger og dårlig vær. I april 1894 foretok Astrup og vennen Kolotengva i stedet en sledetur for å kartlegge nordsiden av Melville Bay, og dette ble det eneste synlige resultatet av Pearys andre ekspedisjon. Svekket av sykdommen avbrøt Astrup ekspedisjonen og vendte tilbake til Norge – også denne gangen ble han mottatt som en helt. Royal Geographical Society i London hedret Astrup ved å tildele ham årets Murchison Award for kartleggingen av Melvillebukta.