En las semanas siguientes se dedicaron a explorar meticulosamente y nombrar las costas del sur de Tierra del Fuego y sus islas, incluyendo el sur del cabo de Hornos, al que llamaron cabo San Ildefonso. A continuación, la expedición se dirigió hacia el sur hasta los 58º30'S, descubriendo el 10 de febrero el archipiélago de las islas Diego Ramírez, llamadas así en honor al piloto de la expedición. Siguieron navegando más al sur por el actual pasaje de Drake y luego se volvieron hacia el norte, internándose en el océano Pacífico. Hábilmente entraron en el estrecho de Magallanes desde el oeste en su primer intento y estaban de regreso en el Atlántico el 13 de marzo. El 7 de julio 1619 arribaban a España, fondeando cerca de Lagos, y desde allí fueron a dar cuenta de su expedición al rey, que se hallaba en Lisboa. La expedición «causó admiración la brevedad con que pusieron en efecto el mandato del Rey, pues en diez meses fueron, vieron y vinieron; ninguno peligró, ni le dolió la cabeza».

Los hermanos García de Nodal publicaron el diario de su expedición con el título: Relación del viaje hecho por los capitanes Bartolomé García de Nodal y Gonzalo de Nodal, hermanos, naturales de Pontevedra, para el descubrimiento del nuevo estrecho, en Madrid, 1621, en un tomo con su mapa.

El piloto Diego Ramírez de Arellano publicó a su vez, también en 1621, Reconocimiento de los estrechos de Magallanes y de San Vicente y algunas cosas curiosas de navegación.
Los dos hermanos fallecieron al mando de sus barcos en el mar tres años más tarde, con apenas meses de diferencia, en dos naufragios. Bartolomé falleció el 5 de septiembre de 1622 en los cayos de Matacumbé y la Tortuga, a 30 leguas de La Habana, Cuba, en el naufragio del galeón Nuestra Señora de Atocha. Gonzalo salió de Sanlúcar de Barrameda el 13 de octubre de 1622 con 3 navíos, 133 marinos y 400 infantes para recorrer la misma ruta del estrecho de Le Maire hacia Chile, para socorrer a los colonos sitiados por los araucanos. Naufragó, perdiendo dos barcos y la vida.

En 1620 Diego Ramírez de Arellano fue nombrado Piloto Mayor de la Casa de Contratación de Sevilla.