В июле 1958 г. субмарина отправилась из Пёрл-Харбора в северном направлении на Тихий океан и проследовала под арктическим льдом, что было ознаменовано историческим сигналом «Наутилус прошел девяностый градус северной широты», который был направлен военно-морскому министерству США командиром подлодки Уильямом Андерсоном. За 96 часов субмарина прошла 2945 км (1590 морских миль) от Северного полюса подо льдом и всплыла северо-восточнее Гренландии, совершив первый успешный подводный переход через крышу мира.
Этот поход не был вполне безопасен. В Беринговом проливе толщина льда под уровнем моря составляла 18 метров, и при первой попытке пересечь пролив лодке недоставало места, чтобы пройти между льдами и морским дном. Во второй и успешной попытке субмарина прошла по известному каналу близ Аляски, чтобы избежать обнаружения и льда.