В 1828 году была опубликована книга Литке «Четырёхкратное путешествие в Северный Ледовитый океан на военном бриге „Новая Земля“ в 1821—1824 годах», которая принесла ему заслуженную славу.
В 1826 году Литке отправился командиром шлюпа «Сенявин» в новое кругосветное плавание, продолжавшееся три года. По результатам своим это была одна из наиболее успешных экспедиций первой половины XIX столетия: в Беринговом море определены важнейшие пункты берега Камчатки от Авачинской губы к северу; описан до того неизвестный остров Карагинский, остров Матвея и берег Чукотской Земли; определены острова Прибылова; исследованы и описаны архипелаг Каролинский, острова Бонин-Сима и многие другие.
В 1835 году Литке был пожалован чин контр-адмирала, в 1842 — звание генерал-адъютанта, в 1843 — чин вице-адмирала. В 1850 году вице-адмирал Литке был назначен главным командиром Ревельского порта и военным губернатором Ревеля. В 1852 году Фёдор Петрович был награждён орденом Святого Александра Невского с пожалованием в 1858 году к нему алмазных знаков.
Во время Крымской войны 1853—1856 Литке организовал действенную оборону
Финского залива от превосходящих сил англо-французской эскадры, за что получил чин полного адмирала и был назначен членом Государственного совета.
В 1866 году «за долговременную службу, особо важные поручения и учёные труды, приобретшие европейскую известность», был возведён в графское достоинство. В 1870 году награждён орденом Святого апостола Андрея Первозванного с пожалованием в 1876 году к нему алмазных знаков.