Но довольно быстро выяснилось, что перемещать и возводить на каждой стоянке походную церковь было делом чрезвычайно трудоемким. Пришлось отказаться от идеи перевозки ее с помощью оленей. Отныне походную церковь доставляли на стойбища только в летнее время, водным путем, на лодке.
Для зимних поездок Миссия приобрела в 1857 году 100 оленей, нарты и чум. Численность стада быстро росла, достигнув в 1870 году 466 голов. В последующем олени использовались для получения средств на содержание церковной школы и неимущих учеников.
В 1864 году архиепископу Феогносту поступило предложение из Управления Тобольской губернии о целесообразности учреждения при Обдорской миссии должности особого священника, который должен был постоянно проживать среди самоедов и вести на стойбище миссионерскую работу. В своем ответе в Управление Попов указал, что, поскольку поездки к самоедам «очень затруднительны», то единственная возможность общения возникает лишь при посещении ими Обдорска в зимние месяцы для сдачи ясака. А этого явно недостаточно для успешной христианской проповеди и в силу этого предпочтительнее иметь в стойбище постоянно действующий «миссионерский стан».
В 1865 г. наконец-то последовал указ Синода, предписавший учредить «особую миссию в низовых кочевьях самоедов для водворения христианства и развития в них стремления к образованию и оседлости».
В том же году П. Попов предпринял специальную поездку по районам предполагаемого размещения новой миссии и выбрал два пункта около Хаманельского мыса (Ямал) и на месте впадения рек Пура и Таза в Обскую губу. Здесь же нашлись и несколько домов для поселения миссионера и размещения маленькой церкви. Через два года последовал указ Синода об учреждении при Обдорской миссии двух станов — Обдорского и Тазовского; настоятелем последнего стал иеромонах Иринарх, прибывший из Соловецкого монастыря.
В соответствии с указом Синода, Обдорский стан действовал по левому берегу Обской губы, включая территорию «каменных самоедов», тогда как Тазовский — по правому берегу вплоть до границ Енисейской губернии, на территориях расселения хантов и ненцев.
Таким образом, в результате всех принятых синодальных указов и решений епархиального начальства Миссия была устроена следующим образом: два миссионера должны были находиться в постоянных разъездах, а третий пребывал в Обдорске, где исполнял функции приходского священника и одновременно миссионера для приезжавших туда аборигенов.
В поездках по местам кочевий миссионеры, с одной стороны, обслуживали религиозные потребности уже крещенных самоедов и хантов, а с другой, несли евангельскую весть тем, кто исповедовал языческие верования. Территория, за которую была ответственна Миссия, была столь огромной, что поездки превращались многомесячные трудные путешествия на оленях, лодках вслед за кочующим местным населением. Можно выделить четыре главных направления, по которым совершались миссионерские путешествия: по правую сторону Оби до Гыданского полуострова; на северо-запад до Байдарацкой губы, на север — на полуостров Ямал, и на юг- вверх по течению Оби. Наиболее частыми были поездки по первому из указанных маршрутов, так как это позволяло использовать водный путь. В зимнее время в Обдорск съезжались ханты и ненцы для сбора ясака и на ярмарку. Тогда и миссионерская работа сосредотачивалась в основном здесь.
Обстоятельства сложились так, что прибывший в сентябре 1867 года в Обдорск иеромонах Иринарх в Тазовский стан не попал и в 1869 г. покинул поселок . Одновременно с приездом Иринарха поменялся весь состав Обдорской миссии. Вместо Дм. Попова прибыл А. Тверетин. П. Попова в 1868г. заменил Н. Герасимов — ненец из рода Югон-Пелик, выпускник Тобольской семинарии, куда попал по протекции П. Попова после окончания его школы в Обдорске. В 1870 году А. Тверетина сменил Н. Платонов. В 1869 году настоятелем Обдорской миссия становится игумен Аверкий, бывший в 1850-х годах членом Кондинской миссии он вызвался добровольно стать миссионером Тазовского стана, но в консистории решили по другому — Аверкий был назначен настоятелем, а Герасимов, как выходец из местных жителей, стал миссионером Тазовского стана, где и провел пять лет.
О том, как проходили миссионерские объезды подведомственной территории, мы можем судить на примере летнего маршрута путешествия А. Тверитина, настоятеля Обдорской миссии, выпускника Тобольской духовной семинарии, свершенного им в 1868 году. Оно продолжалось с 11 июня по 17 августа, и пройдено было более полутора тысяч верст. В состав экспедиции входили, кроме самого Тверитина, его помощник — причетник, «вожак» (проводник) и пять рабочих, управлявшихся с большой лодкой и помогавших при установке походной церкви. Тверитин дошел по правому берегу Обской губы до Тазовского стана, останавливаясь, если позволяла погода, в том или ином кочевье до трех суток. Раскладывалась походная церковь, проводились беседы с жителями на предмет их вероисповедания и возможного принятия христианства. В своем отчете Тверитин оставил много колоритных описаний подробностей путешествия. Здесь и «тучи комаров и еще более страшная мошка», и беседы с ненцами и хантами, раскрывающие специфику их понимания христианской религии, и «сильный противный боковой или встречный ветер», из-за которого они иногда по несколько дней не могли сдвинуться с места. В ходе поездки было установлено, что во многих кочевьях никогда не были ни миссионеры, ни «гражданская власть». Как правило, миссионер останавливался в одном и том же родовом стане дважды — когда шел вниз по Оби и на обратном пути по тому же маршруту. В этот раз, дойдя на обратном пути до местечка Хэ, экспедиция переправилась на Ямальский берег, до Хаманельского мыса, и оттуда отправилась обратно в Обдорск, но уже по левому берегу Оби. Этот маршрут впоследствии стал типичным для преемников Тверитина по Миссии.
В 1870-х годах Миссия, по мнению епархиального начальства пришла в совершенно расстроенное состояние. Главным признаком этого были постоянные смены членов миссии — многие задерживались в Обдорске не более чем на полгода. Только Аверкий пробыл на посту настоятеля двенадцать лет, но из-за преклонного возраста совершать миссионерские поездки уже не мог. По его инициативе в 1880 году открыли молитвенный дом в «юртах Шурмикарских». В 1882 году он предлагал учредить миссионерский стан на реке Шуге в «местности Наре», где в зимние месяцы, как он писал, «наблюдается наибольшее скопление инородцев». Но церковные власти в Тобольске положительного решения не приняли.
Миссионеры выражали недовольство небольшим жалованьем, его повышение в 1865 году до 500 рублей они считали явно недостаточным. Крайне затруднительным было и выполнение предписания причту походной церкви, по которому необходимо было проводить в поездках минимум по полгода, что для непривычного к Крайнему Северу человека было часто невозможно. Один из миссионеров, прибывший из Европейской России, и вскоре запросившийся назад, так и писал в своем прошении об отставке: «не зная броду, сунулся в воду».
Первым и последним миссионером Тазовского стана был Николай Герасимов. Он прослужил здесь пять лет, терпя лишения и преодолевая трудности. Как оказалось, подаренная Миссии мещанином Минеевым изба представляла собой «полуземлянку, в высшей степени вредную для здоровья, кроме которой жить негде». К тому же на пути в стан миссионера сопровождали немалые опасности, так как «тысячи верст нет никаких селений. Зимой морозы достигают сорока градусов, что сопровождается ураганным ветром, так что нельзя выйти даже дров порубить». Если прибавить к этому, что Герасимов имел семью, и одно из его путешествий продолжалось с сентября по декабрь, то неудивительно, что, в конце концов, и он подал прошение об увольнении. После него там больше никто не жил, и стан был окончательно заброшен.
С 1882 г. по 1891 г. настоятелем миссии был В. Чижицкий. Членами миссии: Г. Берингов (до 1886 г.) и В. Чегаскин (хант). В 1891 году настоятелем миссии становится С. Милавский, который менее чем через год был уволен за свое скептическое отношение к перспективе «обращения в христианство инородцев».
С начала 1890-х годов и до начала XX-го века в Миссии активно работал И. Егоров, диакон, переводчик и учитель миссионерской школы (хант).
В 1898 году настоятелем Миссии становится иеромонах Иринарх . При нем осуществилась идея открытия миссионерского стана в поселке Хэ, прямо напротив Хаманельского мыса. С этого времени постоянно один из миссионеров находился там, совершая путешествия по берегам Обской губы и на Ямал. По «Справочной книге Тобольской епархии» за 1913 год настоятелем Миссии в это время был игумен Иннокентий, членами — иеромонах Никон и священник А. Крыжановский. Последним известным членом Обдорской миссии был священник о. А. Шихалев, работавший в 1919 году.
Следует отметить, что на рубеже XIX-XX вв. на Обдорский Север устремились многочисленные научные экспедиции. Нередко в их состав включались и представители Миссии, которые получали возможность миссионерского «разведывания» и знакомства с местным населением. Усиление внимания к проповеди на Ямале было связано с тем, что Ямал оставался последним крупным регионом в Тобольской епархии, где «инородцы» составляли подавляющее большинство населения.
В 1908 г. на полуострове Ямал побывала экспедиция Императорского Российского географического общества под руководством Б. Житкова. Одним из членов этой экспедиции стал священник Мартиниан Мартемьянов. Он был прикомандирован к экспедиции для знакомства с жизнью ненцев на местах их летних стоянок. Мартемьянов оказался полезен экспедиции как второй переводчик и помощник во всех работах. После поездки он сообщал, что миссионерской работы непосредственно на Ямале не ведется, и что сам он проповедью там не занимался.