Partito dalle Isole Svalbard sul dirigibile "Norge", da lui stesso disegnato, il 12 Maggio 1926 doppiò il Polo Nord insieme al norvegese Ronald Amundsen e all'americano Lincoln Ellsworth, che aveva finanziato la spedizione. Come generale dell'aeronautica e professore di ingegneria aeronautica a Napoli, iniziò, nel 1928, una serie di voli sopra le regioni inesplorate dell'Artico, con un dirigibile simile al Norge. Al terzo tentativo l'aeromobile si schiantò sul ghiaccio, causando la morte di diciassette persone. Una commissione d'inchiesta determinò le sue dimissioni. Dopo la Seconda Guerra mondiale, il giudizio della commissione fu sovvertito e Nobile venne riabilitato. Abbandonata la docenza, divenne deputato dell'Assemblea Costituente.