В марте 1729 года Адмиралтейств-коллегия решила послать в Архангельск два фрегата для практических занятий под начальством капитана 2-го ранга Д. Калмыкова. Нагаев был назначен на фрегат «Амстердам-Галей», с которым и совершил это плавание до Кильдюина и обратно. Командированный затем в 1730 году в Астрахань для описания Каспийского моря, Нагаев в течение четырех лет усердно работал над составлением гидрографических карт некоторых прилежащих к Астрахани частей Каспийского моря. В то же время, по поручению генерал-аншефа В.Я. Левашева, построил несколько плоскодонных меленшхотов для перевоза тяжестей; кроме того, в 1733 году состоял членом особой комиссии, образованной в Астрахани для принятия всех необходимых мер, чтобы свирепствовавшее в Гиляни морское поветрие не проникло как-либо в Россию. Произведенный 19-го марта 1731 года в лейтенанты, Нагаев 18-го января 1733 года был написан по новому штату в лейтенанты майорского ранга и в 1735 году возвратился в Петербург. В том же году, несколько месяцев спустя, он был командирован в смоленскую губернскую канцелярию для взыскания недоимок, следуемых на адмиралтейство, а по возвращении оттуда был назначен 20-го ноября 1737 года в комиссариат для следствия «о доимках, непорядках и похищениях, чинившихся в провинциях». В следующем году Нагаев состоял в комиссии, «бывшей под дирекцией правительствующего сената», для более быстрого взыскания положенных на адмиралтейство доходов с провинций. В следующем году Нагаеву поручено было произвести промер фарватера, ведущего от Санкт-Петербурга до Выборга. В архиве Главного Морского штаба хранится толстая, листов в 200, книга, написанная самим А.И. Нагаевым и заключающая в себе результаты его работ в эту морскую кампанию. Книга эта озаглавлена «1739 года июля 24 дня, журнал морской содержанный на боте № 5, при вымеривании фарватера от Кронштадтского маяка до Выборга и до границы, под командою от флота лейтенанта Алексея Нагаева». Упомянутые промеры Нагаев производил и в следующем году, причем 3-го ноября был произведен в капитаны полковничьего ранга. В начале 1741 года Нагаев был назначен командиром фрегата «Кавалер», с которым и совершил переход из Кронштадта в Архангельск. Это была одна из самых тяжелых морских кампаний. Не потерпев ни одной аварии, команда эскадры, состоявшей из трех фрегатов, в течение 57-суточного плавания от Ревеля до Архангельска, потеряла 121 человека умершими от болезней и, кроме того, привезла в Архангельск 326 человек больных (вся же команда насчитывала около 700 человек). В 1742 году Нагаев был назначен командиром фрегата «Меркуриус» и в следующем году с этим фрегатом отправился из Архангельска в Кронштадт. На пути фрегат наскочил на остров Анаут и затонул, и Нагаев вернулся на двух датских лодках в Петербург. Преданный суду, он, однако, в 1744 г. был оправдан и вновь зачислен на службу. Назначенный вскоре советником в Академическую экспедицию, Нагаев занимал эту должность около двух лет. В 1744 году пришло известие о смерти капитан-командора
[Для просмотра данной ссылки нужно зарегистрироваться], и возвратившиеся в Петербург спутники его, капитан
[Для просмотра данной ссылки нужно зарегистрироваться] и лейтенант Ваксель, представили в Адмиралтейств-коллегию свои журналы и описи. Коллегия поручила Нагаеву, вместе с лейтенантом Афросимовым составить карты Камчатского моря и Американского берега, а также составить карту по запискам капитана Шпанберга и мичмана Шельга. Через год Нагаев составил обстоятельные карты Камчатского моря и устья Амура, которые были первыми и долгое время единственными картами. В 1746 г. он был назначен командиром корабля «Фридемакер». Между тем, в мае того же 1746 года капитан
[Для просмотра данной ссылки нужно зарегистрироваться], командовавший штурманской ротой, подал рапорт, в котором указывал, что все компасы, сделанные при Адмиралтействе, имеют совершенно разнообразные погрешности в склонении. Получив от Адмиралтейств-коллегии предписание рассмотреть это дело, Нагаев убедился в справедливости заявления Малыгина и для устранения погрешностей предложил: 1) делать стрелки вместо двух проволок из лучшей стали и 2) для выверивания компасов провести в Кронштадтском порте меридиональную линию, без которой почти невозможно хорошо проверить правильность показаний компаса. Эти предложения были приняты Коллегией, и само проведение меридиональной линии поручено было Нагаеву же. Выполнив это поручение и проплавав лето 1746 года в Балтийском море на «Фридемакере», он в начале октября того же года возвратился в Петербург и был назначен по-прежнему в Академическую экспедицию. Вскоре, по постановлению Адмиралтейств-коллегии от 11-го ноября 1746 г., Нагаеву было поручено «Приведение морских карт в самую аккуратность». В декабре того же года Нагаев представил Коллегии по этому поводу обстоятельный доклад обо всем, что необходимо, по его мнению, для успешного выполнения возложенного на него поручения; Коллегия утвердила все его предложения, и в начале 1747 года он принялся за работу. Результатом шестилетнего труда явился атлас карт разных частей Балтийского моря. Каждая карта представлялась в Коллегию и рассматривалась ее членами отдельно, и в 1752 году все они были уже награвированы. Однако атлас был напечатан лишь в 1789—1790 гг. под заглавием «Лоция или морской путеводитель, содержащая в себе описание фарватеров и входов в порты, в Финском заливе, Балтийском море, Зунде и Скагерраке находящиеся». Все карты этой «Лоции» выполнены весьма хорошо и тщательно проверены не только по имевшимся в распоряжении Нагаева материалам, собранным русскими моряками, но также и по шведским картам. Зачисленный 5-го сентября 1751 года в капитаны 2-го ранга, Нагаев в следующем году принял деятельное участие в образовании морского шляхетского корпуса, будучи назначен заведующим этим корпусом. Произведенный 15-го марта 1757 года в капитаны 1-го ранга, Нагаев вслед за тем был назначен директором Морского шляхетского корпуса и членом комиссии рогервикских строений. В 1756 году Нагаеву было поручено составить новые сигналы для флота, и в апреле следующего года он представил в Коллегию свою работу, которая и была напечатана в типографии морского корпуса. В то же время, воспользовавшись плаванием наших эскадр во время Семилетней войны к берегам Пруссии, он составил карту берегов Пруссии и произвел много промеров на Балтийском море, чем пополнил свой ранее составленный атлас. Этот атлас, напечатанный в 1757 году, служил руководством для плавания по Балтийскому и Немецкому морям в течение 60-ти лет — до издания такого же атласа Балтийского моря, составленного адмиралом
[Для просмотра данной ссылки нужно зарегистрироваться]. Некоторые же глубины в северной части Балтийского моря — от островов Эзеля и Готланда к северу до Аландских шхер, ставились как на наших, так и на иностранных картах с атласа Нагаева более 100 лет. 5-го мая 1757 года Нагаев был произведен в капитан-командоры. Уволенный в 1761 году от должности директора Морского шляхетского корпуса, Нагаев 16-го февраля следующего года был назначен членом комиссии для приведений флотов в лучшее состояние, а 10-го апреля был произведен в контр-адмиралы. По вступлении на престол императрицы Екатерины II, Нагаев с эскадрою из 3-х кораблей ходил из Кронштадта в Пиллау для доставки больных из находившейся в Пруссии нашей армии. Возвратившись в конце сентября в Петербург, Нагаев стал заседать в Адмиралтейств-коллегии, а в октябре, сверх того, был назначен членом Колбергской комиссии. В начале следующего года ему было поручено составить инструкцию для лейтенантов Булгакова, Буковского и Лаптева, командированных для производства описи Ладожского озера. В том же году, в течение всей летней навигации, он исполнял должность квартирмейстера на шлюпе Ее Величества, во время частых прогулок императрицы Екатерины II по Неве. В начале 1764 года Нагаев вместе с графом И. Г. Чернышевым составили план для двух экспедиций, снаряжавшихся для исследования Северного Ледовитого океана. Произведенный 4-го мая того же 1764 года в вице-адмиралы, Нагаев вслед за тем был назначен главным командиром Кронштадтского порта. Незадолго перед тем сильный пожар, уничтоживший гостиный двор, уничтожил также и дом Нагаева, в котором погибли некоторые составленные им карты и рукописи.
В должности главного командира Кронштадтского порта Нагаев прослужил около двух лет. Пожалованный в 1765 году орденом Св. Анны, он был уволен с должности главного командира и в декабре назначен членом Адмиралтейств-коллегии. Возвратившись в Петербург в начале 1766 года, Нагаев вместе с капитан-лейтенантом Д. Селяниновым много работал над составлением карты Ладожского озера. Указом Адмиралтейств-коллегии от 3-го января 1767 года Нагаеву было предписано составить инструкцию для экспедиции, снаряжавшейся для описи Белого моря. Впрочем, ему вскоре пришлось отправиться в Москву, так как 22-го января он был избран в число депутатов от Васильевского острова в концессию для сочинения проекта нового уложения, кроме того, депутатом и от Адмиралтейств-коллегии. В Москве он пробыл около года, пока Высочайшим указом 14-го декабря 1767 года не был уволен от присутствия в комиссии в Москве, с приказанием явиться в комиссию в Петербурге. Посещая комиссию для сочинения проекта нового уложения довольно часто, Нагаев, впрочем, не проявлял особой деятельности, в большинстве случаев соглашаясь с мнениями других депутатов. Помимо участия в заседаниях Большого Собрания, Нагаев был еще избран в члены подкомиссии о предостережении противоречия между воинскими и гражданскими законами. Еще будучи в Москве, Нагаев, помимо работ по комиссии и подкомиссии, описал вместе с штурманом С. Захаровым р. Москву. Затем, получив от штурманов Посошкова и Трубникова описи реки Оки от верховья ее до устья р. Москвы, он составил по ним карты этой реки, которые и собрал в особый атлас. Возвратившись в Петербург в январе 1768 года, он по-прежнему стал присутствовать в Адмиралтейств-коллегии и вскоре после того получил предписание описать фарватер, по которому было нужно везти камень, предназначенный для памятника
[Для просмотра данной ссылки нужно зарегистрироваться]. Произведенный 4-го июня 1769 года в адмиралы, Нагаев некоторое время исполнял обязанности старшего члена Коллегии, а затем был командирован в Ревель, где наблюдал за починкой фрегатов из эскадры
[Для просмотра данной ссылки нужно зарегистрироваться], зашедших в Ревель по причине аварий. Кроме того, по Высочайшему повелению, Нагаев осмотрел в Ревеле все новые здания Морского ведомства. Вернувшись в Петербург, Нагаев вновь предался гидрографическим работам. В январе 1770 года сибирский губернатор Д. И. Чичерин прислал в Адмиралтейств-коллегию десятника Лобашкова, описывавшего берега и устье реки Колымы, и Медвежьи острова. Нагаеву поручено было составить на основании этих описей карту, которую он и представил лично императрице Екатерине II. Вскоре возвратился из экспедиции на Камчатку капитан-лейтенант Левашев, спутник капитана Креницына, утонувшего в речке Камчатке. Левашев представил в Коллегию все планы, описи и промеры, сделанные Креницыным, а также и им лично; Коллегия передала этот материал для обработки Нагаеву, поручив ему составить по нему и генеральную карту пути экспедиции, которую он скоро исполнил. С апреля 1773 года по конец следующего года Нагаев управлял Адмиралтейств-коллегией за отсутствием вице-президента графа Чернышева, уволенного на полтора года в отпуск. Между тем, расстроенное здоровье Нагаева принудило его реже посещать Коллегию, а вскоре и просить об увольнении. 10-го июля 1775 г. он был уволен за болезнью от службы с пенсионом в размере получаемого им в последние годы службы жалованья и награжден орденом Св. Александра Невского. Впрочем, несмотря на болезненное состояние, Нагаев не переставал трудиться над исправлением и составлением морских карт и чертежей. «В жилище его», — говорит биограф Нагаева Веревкин, лично знавший адмирала, — «не было места, не занятого бумагами, книгами или картами. Только во время сна он не имел в руках грифеля, пера или карандаша». Нагаев умер в Петербурге 8-го января 1781 года. После него, кроме разных карт и планов, осталось много бумаг, из которых видно, что он собирался напечатать оба Беринговы путешествия и журналы плаваний капитанов
[Для просмотра данной ссылки нужно зарегистрироваться] и Креницына. Кроме того, он собирал материалы для биографий русских моряков и письма Петра Великого. Последние вошли и послужили основанием для сочинения B.H. Берха под заглавием «Собрание писем Императора Петра I к разным лицам с ответами на оные».