Исследовательские работы длились в течение десяти недель с участием атомного ледокола "Ямал", который прошел по маршруту от Баренцева до Восточно-Сибирского моря, практически вдоль всего побережья российской Арктики. Работы велись на акватории Баренцева, Карского, Восточно-Сибирского морей и моря Лаптевых; на архипелагах Новая Земля, Северная Земля, Новосибирские острова (включая острова Де-Лонга) и впервые на Земле Франца Иосифа.

Особый интерес был уделён лицензионным участкам Роснефти в Карском море. Как уже сообщалось, в 2014 году Роснефть пробурила первую разведочную скважину на структуре Университетская (месторождение Победа), находящейся на лицензионном участке Восточно-Приновоземельский -1.

В лицензионном портфеле Роснефти в общей сложности 51 проект, многие из которых – в Баренцевом и Карском морях.

Исследования проводились также на лицензионных участках Восточно-Приновоземельских-1,2,3, Северо-Карском, Усть-Оленекском, Усть-Ленском, Анисинско-Новосибирском, Альбановском и Персеевском. На последнем у Роснефти развёрнуто широкое сотрудничество с норвежским "Статойлом".

В ходе экспедиции на айсберги и ледяные поля было установлено более 100 автономных датчиков для измерения параметров дрейфа и отслеживания их координат. Участниками экспедиции была проведена профилактика шести автоматических метеостанций, установленных в ходе предыдущих экспедиций в 2012-2014 гг. на архипелаге Новая Земля, островах Уединения, Преображения и Жохова. Были проведены детальные исследования айсбергов и ледовых полей.

"Кара-зима-2015" стала шестой научной экспедицией по изучению ледовых и гидрометеорологических условий на Арктическом шельфе, организованной Роснефтью за последние три года.