Еще в 1842 году святитель совершил поездку на Камчатку. Во время своего первого посещения отдаленного полуострова Иннокентий решил основать особую миссию среди язычников чукчей и тунгусов (эвенков). В 1846–1847 годах он вторично посещает Камчатку. Вот как сам святитель с мягким юмором вспоминал впоследствии эти объезды епархии в письме А. Н. Муравьеву: «Повозочку, в которой я ехал, очень можно назвать гробом, только вместо холста или миткалю внутри она обита медвежиной. Очень часто приходилось ехать по таким узким и глубоким дорогам, пробитым в снегах, что дорога представлялась длинною могилой. Гроб и могила были готовы, оставалось закрыть глаза, сложить руки и быть зарыту». Во время своей поездки святитель проповедовал на севере полуострова среди чукчей и коряков. Он беседовал с местными шаманами, причем являлся к ним один, без охраны, и убедился, что коряки еще не готовы к принятию христианства. Когда в 1851 году прежде враждебные отношения между коряками и русским населением несколько улучшились, святитель отправил к корякам для проповеди опытного миссионера священника Льва Попова.

21 апреля 1850 года святитель Иннокентий был возведен в сан архиепископа. Чтобы усилить миссионерскую деятельность на Азиатском материке, святитель решил перенести епархиальную резиденцию поближе к Камчатке. По предложению Иннокентия, в 1852 году обширная Якутская область была выделена из состава Иркутской епархии и включена в Камчатскую. Святитель не раз объехал весь громадный Якутский край вплоть до Тихого океана, чтобы изучить жизнь местного населения и условия для миссионерской работы. В 1858 году для более успешного управления значительно разросшейся епархией святитель добился назначения в Новоархангельск викарного епископа Алеутского и Аляскинского, которым стал ректор Иркутской семинарии архимандрит Петр Екатериновский, воспитанник Оптиной пустыни. Сам Иннокентий сделал центром епархии город Якутск.

Святитель ревностно принялся за просвещение якутов. Началась работа над переводами священных книг на якутский язык; для этого был создан особый комитет под руководством архиепископа. Охотский протоиерей Евсевий Протопопов перевел на якутский язык катехизис, Евангелие от Матфея, Деяния апостолов и Послание апостола Павла к Римлянам. Кроме того, святитель начал постройку часовен для якутов. В 1857 году комитет завершил свою работу. Были переведены все книги Нового завета кроме Апокалипсиса, книга Бытия и Псалтирь из Ветхого завета, часть богослужебной литературы. К лету 1859 года, благодаря личным хлопотам святителя, все переводы были изданы. 19 июля 1859 года впервые богослужение было совершено на якутском языке.