Естественные науки настолько увлекли Петра Александровича, что он в 1829- 1830 годах неоднократно выезжал в страны Западной Европы для слушания лекций крупнейших ученых.

Вернувшись в Петербург на работу в Министерство иностранных дел, Петр Александрович довольно быстро стал продвигаться по служебной лестнице. 5 апреля 1830 года актуариус Петр Чихачев был "пожалован в переводчики Государственной коллегии иностранных дел" и 30 апреля направлен в Азиатский департамент. Через год он пожалован в звание камер-юнкера, а в сентябре 1832 года - в коллежские асессоры.

В Азиатском департаменте Министерства иностранных дел Чихачев занимался преимущественно Восточным вопросом. Желая лично ознакомиться со странами Ближнего и Среднего Востока, а также Северной Африки, он посетил Египет, путешествовал по Палестине, Ливийской пустыне, Синаю и Сирийской пустыне, побывал в Константинополе.

Столица Оттоманской империи настолько увлекла Чихачева своим восточным колоритом, чарующей красотой проливов и сложными международными военно-политическими противоречиями, что он решил выхлопотать место при русском посольстве.

В Константинополе Петр Александрович наряду со своими служебными обязанностями помощника секретаря при русском посольстве занимался изучением истории и этнографии народов, населявших Малую Азию, совершенствовал свои познания в новогреческом языке, начал изучать турецкий и испанский языки. Здесь же судьба свела его с известным переводчиком Михаилом Вронченко, "превосходным геодезистом, изучавшим в то время географию Малой Азии и издавшим впоследствии ценные книги о своем путешествии по этой стране".

В 1835 году, во время нахождения художника Брюллова в Константинополе, Чихачев сопровождал его в поездках по наиболее живописным местам Босфора и Мраморного моря. Брюллов нарисовал Чихачева в восточном костюме, в котором последний обычно разъезжал с различными служебными поручениями по Малой Азии, Сирии, Египту и другим странам Северной Африки.

В 1834-1836 годах он посетил не только различные города обширной Оттоманской империи, но также Испанию, Португалию, Италию, Францию и другие европейские государства.

Уступая своему призванию, Платон Александрович приступил к изучению физической и историко-экономической географии. В 1836 году он оставил службу и всецело решил посвятить себя научным исследованиям.

В 1839 году Петр Александрович по рекомендации Александра Гумбольдта приступил к изучению природных богатств, и, прежде всего, геологии Апеннинского полуострова. "Невозможно без воссоздания исторического прошлого, - писал он, -разобраться в облике настоящего, ибо далекое прошлое и современное связаны между собою непрерывный нитью".

В конце февраля 1839 года Петр Чихачев приехал на самый большой остров Тирренского моря - Сицилию и направился к горам Неброди. Пройдя северное побережье Сицилии от Палермо до Мессины, он двинулся в Реджо-ди-Калабрия, уже на Апеннинский полуостров.

В обширном районе, простирающемся на северо-восток и северо-запад от Рокка-Империале, Чихачев в течение июля 1840 года изучал главным образом наносные породы, образованные здесь от "постепенного разрушения под влиянием текучих вод Апеннинской горной системы".

Чихачев исследовал горный район Кастель-Саррацино, до него не подвергавшийся исследованию ни геологами, ни ботаниками. Здесь он пополнил свой гербарий редкими видами растений.

Чихачев восходит на вершины самого Монте-Вультуре и ряда сопредельных гор, исследует группы пресноводных озер, расположенных в верхних областях района. Особого внимания заслуживает написанная им история образования озера Лесине, расположенного в северо-западной части Монте-Гаргано.

В марте 1840 года Петр Александрович спустился по долине реки Гарильяно к обширной вулканической зоне Неаполитанского района. В течение четырех месяцев он изучал окрестности Неаполя, особенно район Рокка-Монфинэ, флегренские поля, вулкан Везувий, острова Искья, Капри и др.

В августе 1840 года он завершил свое путешествие по южным провинциям Неаполитанского королевства.

В 1842 году Петр Александрович был командирован штабом корпуса горных инженеров на Алтай и в Саяны, тогда еще мало исследованные. Во главе большого отряда он отправился в путешествие.

Вскоре экспедиция достигла Катуни - красивейшей реки Алтая Ее пересекает единственный путь, ведущий из Бийска на реку Чую. Чихачев подробно описывает сложную переправу столь огромного каравана, насчитывающего более 50 лошадей, многие из которых были загружены до отказа. Эти полудикие лошади "с блуждающими глазами, с раздутыми ноздрями, с поднявшейся дыбом гривой шарахаются от бурных волн".

Ближайшей задачей экспедиции после переправы через Катунь было выйти к устью реки Чуй, а затем по Чуйской долине добраться до ее истоков. В течение двух недель, начиная с 21 мая, караван с трудом прошел этот путь. Путешествие по низовьям Чуй представляло большую опасность, так как дороги здесь отсутствовали, а горы местами "теснили" реку настолько, что в самой долине проезд был невозможен. Тогда приходилось с большим риском подниматься по горным склонам.

2 (14) июня Чихачев пересек горную цепь Сейлюген. Некоторые из ее вершин были покрыты "вечным" снегом. Продвигаясь по массиву в направлении потока, 4 (16) июня экспедиция достигла истоков Чуй - "...поток Буйлогом превратился в тонкую струйку воды, просачивающуюся сквозь болота и снега, окаймляющие северо-западный край Бурултайга, и наконец мы увидели, что поток совершенно исчез под сырой ноздреватой корой, покрывающей почву. Это нам послужило определенным доказательством того, - пишет Чихачев, -что мы находились у истоков Чуй".

Следующей задачей экспедиции было достижение и исследование истоков реки Чулышмана. С этой целью Чихачев направился к озеру Джулукуль по довольно болотистому месту, простиравшемуся между истоками Чуй и Чулышмана. "Когда я смотрел на поверхность, дрожащую от каждого движения наших лошадей, мне приходило в голову следующее сравнение: казалось, мы двигаемся по огромному пузырю, наполненному сжатой водой, которая от малейшего давления грозит прорваться через оболочку, удерживающую ее, и поглотить тело, опирающееся на нее".

Исследовав исток Чулышмана и обогнув с юга горы, Чихачев направился по долине реки Джалду к реке Башкаус. Здесь его особенно поразила красота местности.

Поднимаясь вверх по реке Чульча, Чихачев 1 июля достиг одноименного озера, вблизи которого им был обнаружен исток Большого Абакана - одного из крупнейших притоков Енисея. С целью изучения истока Абакана Чихачев направился вдоль западного берега озера. "Я был всемерно вознагражден, - пишет Чихачев, -за всю перенесенную мною усталость и труды, когда старый охотник-казах, сопровождавший меня, указал пальцем на исток Абакана, являющийся одним из главных объектов трудного задания, которое было на меня возложено... Стремясь исчерпывающим образом завершить мое трудное путешествие исследованием истоков этой прекрасной реки, скромная колыбель которой была мною только что открыта, мне оставалось теперь завершить свой план - изучить ее постепенное развитие, продвигаясь на протяжении 350 км до устья ее в Енисее".

За истоком реки Чихачев увидел юго-западную часть Абаканского хребта, которая "прячет от глаз Телецкое озеро", а на севере обнаружил истоки Малого Абакана, отделенного от Большого коротким хребтом Карлыган. Так Чихачев стал первым научным исследователем Западного Саяна.

Мечтая проследить течение Абакана до Енисея, Чихачев прошел от верховьев реки Чульча на восток через холмистую и болотистую местность с множеством озер и достиг реки Алаш (система Енисея). Он проник в Урянхайский край (Тува) и выполнил его первое исследование. Дав пятидневный отдых людям и лошадям и пополнив запасы продовольствия, Чихачев повернул к северу и неожиданно обнаружил горное озеро Кара-Холь, "спрятавшееся в массах громадных гор". Продолжая движение к северу, он вышел к верховьям Оны (приток Абакана). В ночь на 17 июля разразился сильнейший ливень, перешедший в густой снегопад. Утром Чихачев увидел, что "ветви хвойных деревьев сгибались под тяжестью снежных масс..."