12 июня из форта Перовский выступил длинный караван верблюдов, навьюченных экспедиционным снаряжением, провиантом и водой в мешках из бараньих шкур (турсуках). Вел его караван-баши. Северцов, ботаник Смирнов и препараторы ехали верхом на лошадях, следом тянулись джуламейки - походные войлочные кибитки. Весь отряд прикрывал казачий конвой.
Это были первые европейцы (после Хивинского похода), решившиеся пересечь Кызылкум летом. Путники изнемогали от зноя и отсутствия питьевой воды. Дорог не было. Шли по пескам, в которых даже привычный к пустыням "джела-учи" (дорожный человек) не раз терял направление и погибал.
Истомленные путешественники лишь на шестой день подошли к берегу Аральского моря и здесь обнаружили первый за весь переход колодец Кунган-Сандал. Жадно припали они к долгожданной влаге. Редкостью были колодцы в пустыне, устройство их считалось делом богоугодным. Кочевники говорили, что капля воды, поданная жаждущему в пустыне, смывает грехи за сто лет.
Северцову нужно было проверить изменение береговой линии Арала по сравнению с его наблюдениями в 1858 году, поэтому в течение десяти дней отряд двигался вдоль побережья.
Дальнейший путь лежал снова через пески западной части Кызылкума. В то время здесь не было даже караванного пути. Зной и жажда вконец измучили людей, падали даже верблюды. Встречались на пути и леса, но и они не приносили ни тени, ни отрады. Редкие приземистые деревья, высотой не более пяти метров, были голы и серы.
Долгих 24 дня отряд преодолевал тяжкий путь между могучими среднеазиатскими реками. Наконец участники перехода ощутили гостеприимную свежесть дельты Амударьи.
5 июля они остановились в маленьком оазисе Клыч-Кала, окруженном возделанными полями и дремучими тугаями. Но недолгим был отдых на этой благодатной земле среди зелени и птичьего гомона. Через несколько дней Северцов приступил к работе. С основной частью отряда он отправился в маленькое тогда урочище Нукус, где Столетовым уже была организована база всей экспедиции.
Северцов, распорядившись о работах и устройстве коллекций, совершил множество экскурсий в дельту Амударьи, то по воде на каюке, исследуя течение и режим реки, осадки, флору и фауну, то верхом на лошади по берегам протоков и островов.
Возвращаться к Сырдарье ученый опять решил через Кызылкум, но теперь, вооруженный опытом, он для облегчения перехода несколько изменил маршрут. Наблюдения дали много нового интересного материала, о чем Северцов сообщает в своих отчетах Географическому обществу. В форт Перовский прибыли 26 октября. Северцову удалось раскрыть тайны еще одного заветного уголка возлюбленного Туркестана.
Вся намеченная программа была осуществлена. С особой тщательностью занимался Северцов наблюдениями над Кызылкумом и Аральским морем.
Кончилась Амударьинская экспедиция, начались новые заботы. Все лето 1875 года Северцов почти безвыездно жил в Петербурге, постоянно бывал в Географическом обществе, участвовал в подготовке к конгрессу. Частенько навещал семью Семеновых-Тян-Шанских.
Доклад Северцова на Парижском конгрессе "О следах ледяного периода на Тянь-Шане", прочитанный на французском языке, был признан одним из лучших. Его "Карта высот Внутренней Азии", экспонированная в русском павильоне на Выставке, привлекла всеобщее внимание. Северцов был удостоен высшей награды конгресса, медали первого класса "За путешествия в Туркестане и исследования Тянь-Шаня".
11 августа 1875 года закончилась работа конгресса. С этого времени имя Северцова как путешественника, зоолога, геолога и географа получило мировую известность.
Поработав в парижских музеях, где он уточнял свои определения некоторых видов животных, Северцов выехал в Лондон. Там он продолжал сравнивать фауну Средней Азии с фауной Индии, Афганистана и Ирана.
Летом 1877 года была снаряжена комплексная Фергано-Памирская экспедиция, и Северцову представился давно желанный случай посетить эту неизвестную горную страну.
Базой экспедиции был город Ош, один из наиболее древних городов Ферганы, живописно расположенный у северного подножия Алайского хребта.
5 октября 1877 года отправились штурмовать северные хребты Памира. Ехали верхом, проводники вели навьюченных верблюдов и яков Як (кутас) - главное вьючное животное труднопроходимых плоскогорий Маршрут экспедиции описан Северцовым лаконично: "... через перевал Шарт в Алайском хребте спустились в Алайскую долину и через Заалайский хребет перевалом Кызыларт (4280 метров) вышли в долину Кок-Сай".
Не прошло и месяца, как начались снегопады, резко похолодало. Работать стало трудно и опасно. Зимние исследования на Памире, по словам Северцова, могли быть лишь "делом удальства, но никак не науки". Поэтому он благоразумно решил не рисковать людьми и вернулся на зимовку в Ош.
До весны проводились сложные экскурсии по Ферганской долине и к южным хребтам Тянь-Шаня. Это было необходимым дополнением к тянь-шаньской экспедиции и своего рода преддверием к предстоящей поездке на Внутренний Памир. Туда выехали из Оша 7 июля 1878 года. Перевалив через Алайский и Заалайский хребты, направились к югу. Продвижение по нагорью оказалось легче, чем предполагали. Здесь чередовались пологие хребты и широкие долины.
Рельеф и климат нагорья оказались для Северцова неожиданными. При абсолютно безоблачном высоком небе - сухой, сильно разреженный воздух, которым больно было дышать даже при медленном передвижении. Кожа на лице и руках из-за высокого уровня радиации пересыхала и покрывалась кровоточащими трещинами. Спасал только курдючный жир. Даже видавшим виды среднеазиатским путешественникам Северцову и Мушкетову причиняла большие страдания резкая смена температуры. Обжигающий зной на солнце, немедленно сменявшийся ледяным холодом, едва ступишь за пределы солнечного облучения. Дули сильные ветры, переходящие зачастую в песчаные бури и смерчи. Хотя вести исследования в таких условиях было очень трудно, но обычная работа по топографической съемке, климатическим наблюдениям и по сбору коллекций не прекращалась ни на один день.
30 июля добрались, наконец, до желанной цели - высокогорного бессточного озера Каракуль, о суровости и безжизненности которого существовало множество легенд. Иссиня-черные воды озера, высокие голые скалы, окружающие его, поразили путников своим мрачным величием.
На правом берегу реки Гунт, вытекающей из проточного озера Яшилькуль, Северцов открыл колоссальный снеговой Рушанский хребет, правильно определил его окончание у впадения Гунта в Пяндж и обнаружил главную вершину хребта (пик Патхур, 6083 метра). Восточнее Яшилькуля он открыл группу бессточных мелких озер. Нехватка провианта и особенно соли, утонувшей при переправе в начале пути, заставила отряд вернуться в Ош.
Работы экспедиции закончились к началу 1879 года. Результаты ее произвели подлинный переворот в существовавших представлениях о Памире. Ранее Памир считали прямым продолжением Тянь-Шаня. Северцов впервые доказал, что это независимая, самостоятельная горная система.
В этой экспедиции впервые был использован фотоаппарат. Однако Северцов по своему обыкновению делал зарисовки. Он написал с натуры архара, яка, горного козла и других животных.
Результаты Фергано-Памирской экспедиции были изложены Северцовым в ряде статей и монументальном труде "Орографический очерк Памирской горной системы".
Даже сам Северцов, всегда скромный и требовательный к себе, вынужден был признать, что после этой экспедиции Памир из страны, "...относительно фауны и флоры совершенно неизвестной, сразу сделался одной из наиболее исследованных в Азии".
В 1878 году Географическое общество наградило Северцова медалью Литке, а в 1883 году - Золотой Константиновской медалью Отзыв вице-президента Русского Географического общества Семенова-Тян-Шанского, высоко ценившего Северцова, гласил: "Памирское путешествие достойным образом увенчало почтенные его труды... В своем интереснейшем сообщении в Географическом обществе он превзошел самого себя".
