Suốt trong ba thế kỷ từ thế kỷ XVII đến đầu thế kỷ XIX, một tổ chức của Nhà nước, đội Hoàng Sa kiêm quản đội Bắc Hải, là bằng chứng hùng hồn về sự xác lập chủ quyền của Đại Việt ở Đàng trong đối với Hoàng Sa.

Đội Hoàng Sa ra đời ở Cửa biển Sa Kỳ và Cù Lao Ré thuộc tỉnh Quảng Ngãi.

Sử sách Việt Nam và cả Trung Quốc đều chép đội Hoàng Sa được thành lập vào đầu thời Chúa Nguyễn. Hải Ngoại Kỷ sự (Trung Quốc) viết năm 1696, chép thời Quốc Vương trước đã có những hoạt động của đội “Hoàng Sa” và Phủ biên tạp lục viết năm 1776, chép “Tiền Nguyễn Thị”. Đại Nam thực lục tiền biên (năm 1821) chép “Quốc sơ trí Hoàng Sa”. Thiên Nam tứ chí lộ đồ thư (năm 1686), đã đề cập đến các hoạt động của đội Hoàng Sa. Phủ biên tạp lục cũng như các tài liệu khác đều cho biết đội Hoàng Sa khi trở về đất liền vào tháng tám âm lịch vào cửa Eo hay Tư Hiền rồi nộp sản vật tại chính dinh ở Phú Xuân.

Từ năm 1816, Gia Long bắt đầu cử thủy quân cùng với đội Hoàng Sa, không còn giao phó hoàn toàn cho đội Hoàng Sa, lo kiểm soát, đo đạc thủy trình ở Hoàng Sa. Đội Hoàng Sa trở thành tổ chức mang tính dân sự nhiều hơn. Theo truyền thống, dân Cù Lao Ré vẫn tiếp tục đi biển trong đó có vùng Hoàng Sa có nhiều sản vật quý.

Vào thời Minh Mạng, như năm 1834, vẫn thấy đội Hoàng Sa hỗ trợ thủy quân đi công tác tại Hoàng Sa với đà công (lái thuyền) và dân phu. Thời Tự Đức, người ta không thấy biên niên sử còn chép các hoạt động của đội Hoàng Sa, vì theo Đại Nam thực lục, đệ tứ kỷ, chép vào đời Tự Đức, những việc thành lệ thường không được chép nữa mà thôi.

Những hoạt động của đội Hoàng Sa cũng như thủy quân từ năm Minh Mạng thứ 17 (1836) đã trở thành lệ thường, như đã chép trong sách Khâm Định Đại Nam hội điển sự lệ. Ngoài ra, có văn tế sống lính đội Hoàng Sa thời vua Tự Đức còn lưu lại ở đảo Cù Lao Ré.

Về lịch hoạt động ở ngoài đảo, theo những tài liệu như Dư địa chí, Hoàng Việt địa, Đại Nam thực lục tiền biên, Đại Nam nhất chí, hàng năm đội Hoàng Sa bắt đầu đi từ tháng 3 âm lịch đến tháng 8 âm lịch thì về.

Đội Hoàng Sa và đội Bắc Hải có nhiệm vụ thu lượm các sản vật từ các tàu đắm, các hải sản quý từ vùng biển quần đảo Hoàng Sa và quần đảo Trường Sa. Ngoài ra, về sau còn đảm trách đi xem xét, đo đạc thủy trình vùng Hoàng Sa. Nhiều tài liệu cho biết cai đội Hoàng Sa kiêm quản cai cơ thủ ngự như Đại Nam thực lục chính biên, đệ nhất kỷ, quyền XXII ghi rõ: Võ Văn Phú được sai tái lập đội Hoàng Sa, chính khi ấy là thủ ngự cửa biển Sa Kỳ.

Như thế, nhiệm vụ của đội Hoàng Sa rất nặng nề, không thuần túy về kinh tế, khai thác tài nguyên mà còn làm công tác xem xét, đo đạc thủy trình, do thám trên quần đảo Hoàng Sa và quần đảo Trường Sa, nhất là trong thời các chúa Nguyễn và thời kỳ đầu nhà Nguyễn.

Đứng đầu đội Hoàng Sa là một “cai đội”, những thành viên trong Đội được gọi là “lính”. Thời Chúa Nguyễn mỗi năm lấy 70 suất đinh để thực hiện những nhiệm vụ của đội Hoàng Sa. Số lượng 70 suất là số lượng đặc biệt cho một đội dân binh như đội Hoàng Sa. Cũng theo Phủ biên tạp lục của Lê Quý Đôn đã gọi những người trong đội Hoàng Sa là quân nhân, và mỗi thuyền của đội Hoàng Sa có có số lượng khoảng 10 dân binh.

Tại Cù Lao Ré nay là huyện đảo Lý Sơn vẫn còn Âm Linh tự tức miếu Hoàng Sa, ở thôn Tây, xã An (hay Lý) Vĩnh, tức phường An Vĩnh xưa và Âm Linh tự ngoài trời ở xã An (Lý) Hải tức phường An Hải xưa. Cũng tại xã An Vĩnh và cả làng An Hải (cả đất liền lẫn ngoài đảo Cù Lao Ré) có tục tế đình và làm lễ khao quân tế sống để tiễn lính đội Hoàng Sa lên đường làm nhiệm vụ. Hàng năm vào ngày 20 tháng 2 âm lịch, đến ngày nay vẫn còn tại nhà thờ các tộc họ, các đình làng.

Trong buổi tế sống lính Hoàng Sa đó, họ làm những hình nộm bằng khung tre và dán giấy ngũ sắc để giả hình người và đem tế tại đình. Tế xong họ đốt đi, hoặc đóng thuyền bằng thân cây chuối đặt hình nộm tế sống lính Hoàng Sa” với quan niệm các hình nộm kia sẽ gánh chịu mọi hiểm nguy, tai nạn trên biển thay cho đội Hoàng Sa và cầu mong cho người thân của họ bình an trở về. Ngày nay tại các nhà thờ tộc họ có người đi lính Hoàng Sa đều có tổ chức tục lễ như thế và hiện tại gia đình các tộc họ cũng còn giữ bài Văn khao thế lính Hoàng Sa vừa bằng chữ Hán vừa bằng chữ Nôm.