В ходе экспедиции были исследованы южная часть края, р. Уссури, оз. Ханка, побережье Японского моря. Собрав богатые коллекции, материалы о природе, климате, жителях края, путешественник вернулся в Иркутск. В общей сложности было пройдено 3 тыс. км, снята на карту значительная территория, изучены пути, ведущие в Маньчжурию и Корею, и пр. Поскольку экспедиция носила не только научный, но и военный характер, отряд участвовал в карательных действиях против китайских разбойников-золотоискателей в Маньчжурии (они вторглись на русскую территорию и сожгли несколько деревень). Пржевальский получил чин старшего адъютанта войск Приамурской области, позже был удостоен серебряной медали Русского географического общества.
Но не чины интересовали ученого-путешественника. Рискуя вызвать неудовольствие начальства, он выступил с сообщением о неблагополучном положении уссурийских казаков. По результатам путешествия написал работы «Инородческое население в южной части Приамурской области» и «Путешествие в Уссурийском крае. 1867–1869 гг.» (книга была издана за свой счет). А в 1870 г. Пржевальский отправился в Петербург для доклада в Русском географическом обществе и Российской академии наук. После этого Семенов-Тян-Шанский сразу же привлек путешественника к разработке плана путешествия в Китай и Монголию.
В то время на карте Азии в центре материка светилось громадное белое пятно площадью более 7 млн кв. км. Здесь не ступала нога ни одного европейского исследователя. По плану Пржевальского предполагалось для начала изучить районы гор Ганьсу, входящих в систему Наньшаня, страну Ордос и Северный Тибет. Часть пути предстояло пройти по району восстания дунган – китайских мусульман, которые еще в 60-х гг. выступили против цинской (маньчжурской) династии и опустошали целые районы в Монголии, не щадя ни старого, ни малого. Доброжелатели, так же как и Маклая, пугали Пржевальского неизбежной гибелью, но путешественник не испугался. Наоборот, он загорелся идеей собрать сведения о восстании, о котором в Европе почти ничего не было известно.
Первая монгольская экспедиция (так стали ее называть впоследствии) в декабре 1870 г. выступила из Кяхты на Ургу (совр. Улан-Батор). Отсюда через пустыню Гоби добрались до Калгана и двинулись к Пекину. Здесь получили паспорт от китайского правительства и отправились на оз. Далайнор, а потом вернулись в Калган.
В начале мая 1871 г. Пржевальский со своим помощником М. А. Пыльцовым и двумя казаками, взяв 8 верблюдов и двух коней, отправился исследовать Монголию. Маленький отряд двинулся в таинственную страну Ордос у северной излучины р. Хуанхэ, прошел Ордосской степью, пересек южную часть Гоби, взошел на Алашаньские горы, достиг берегов высокогорного оз. Кукунор, известного европейцам только по названию. Накануне 1872 г. отряд вернулся в Калган, завершив первый этап путешествия.
Осенью, после долгой волокиты в Пекине по переоформлению паспортов, опять вернулись на Кукунор, отсюда двинулись на Цайдам, добрались до Тибета, вышли к р. Янцзы. Однако до цели путешествия – Лхасы – дойти не смогли. Люди и животные были страшно измучены, путешественники располагали суммой всего в 10 руб. Скрепя сердце пришлось возвращаться на Кукунор. На оставшиеся деньги купили три револьвера, что позволило некоторое время заняться здесь исследованиями. Потом путешественники отправились в Ургу, где 5 сентября 1873 г. закончили одно из самых впечатляющих путешествий XIX в. Пржевальский писал: «Нам, совершенно уже отвыкшим от европейской жизни, сначала все казалось странным, начиная от вилки и тарелки и кончая мебелью и зеркалами».
Путешествие было очень нелегким. Скудные средства, выделенные на экспедицию, быстро кончились. Однажды пришлось даже продать часть оружия, чтобы купить самое необходимое. Одежда на них истлела. Часто питались одной цзамбой – поджаренной ячменной крупой.
Путешественники страдали от плохого качества воды, а часто и от ее отсутствия. Несколько раз маленький отряд чуть не погиб от безводья. Во время одного из переходов от жары умерла даже собака. Тяжести путешествия не выдерживали и привыкшие к жизни в пустыне верблюды. Время от времени взамен павших приходилось покупать новых. Люди, к счастью, не пострадали. Источники часто бывали загажены скотом. Однажды после обеда в колодце, опустошенном после того, как напоили верблюдов, обнаружили полуразложившийся труп, оставленный там дунганами. Таким образом разбойники отравляли источники.
Поразительно, но дунгане практически не тревожили маленький отряд. Почему-то Пржевальский очень быстро приобрел славу непобедимого богатыря и колдуна. Местные жители отсиживались за стенами укреплений, боясь высунуть оттуда нос. Причем часто их количество достигало нескольких тысяч, а Пржевальский и его люди спокойно ночевали в степи. Однажды в ущелье четверым путникам преградил дорогу отряд дунган. Путешественники спокойно пошли навстречу, и те бежали. Само присутствие русских в какой-либо местности заставляло разбойников прекращать грабежи. Однако стоило уйти – и они сразу же возобновлялись. Но бывали случаи, когда даже вещи, оставленные русскими в селениях, защищали жителей от нападения. Пржевальский писал: «Нас четверых разбойники боялись больше, чем всех китайских войск в совокупности…» Тем не менее местные жители часто относились к путникам враждебно: отказывали в ночлеге, неверно указывали дорогу.
Результаты первой экспедиции Пржевальского оказались на редкость впечатляющими: было пройдено около 12 тыс. км, проведена глазомерная съемка около половины этого расстояния, нанесено на карту огромное пространство Центральной Азии до верховьев Янцзы, открыты неизвестные хребты, горы, реки, пустыни, определены абсолютные высоты Тибетского нагорья, проведены ценные метеорологические наблюдения, собраны богатейшие сведения о жизни местных жителей, огромные коллекции.
Экспедиции повезло с целым рядом уникальных находок. В развалинах монастыря Шара-Дзу отыскали страницы священной книги Ганчжур – изложения мистических ритуалов буддистов. До этого в научных библиотеках Петербурга хранилось только два неполных ее экземпляра. Многими фактами обогатились ботаника и зоология. Были собраны богатейшие коллекции, насчитывающие 8,2 тыс. экз. При сборе ботанических коллекций посчастливилось найти настоящую драгоценность – пугоний рогатый (Pigionium cornutum), крестоцветное растение, всего два экземпляра которого, найденные еще Гмелиным, хранились в немецких музеях.
За результаты этой экспедиции Пржевальский был награжден Константиновской золотой медалью Русского географического общества, Пыльцов – серебряной, а казаки – бронзовыми. Кроме того, французское министерство просвещения присудило путешественнику золотой знак «Пальма академии». Николай Михайлович получил повышение в чине и стал подполковником Генерального штаба.
За заслуги перед отечеством Пржевальскому была назначена пенсия в 600 руб. и ежегодное содержание в 2250 руб. На эти деньги можно было спокойно прожить, занимаясь кабинетной работой, благо материалов, полученных в экспедиции, могло хватить на всю жизнь. Но Пржевальский был путешественником «от Бога», он не мог сидеть на месте.
В январе 1876 г. Николай Михайлович подал проект нового путешествия через Джунгарию в район кочующего оз. Лобнор (со временем это путешествие стали называть «лобнорским»). В октябре он уже двинулся в путь из Кульджи по направлению к плоскогорью Юлдуз. По течению р. Тарим экспедиция прошла к оз. Лобнор, известному еще со средних веков лишь по названию. Оттуда путешественники в конце 1877 г. прибыли в Зайсан, засняв в общей сложности 1300 км пути. Они исследовали район Лобнора, нанесли на карту озеро (позже его очертания устанавливали еще несколько путешественников, так как его местоположение постоянно изменялось), открыли и обследовали хребет Алтынтаг, определили широту и долготу главнейших пунктов рельефа местности, описали таримцев и каракурчинцев, сведениями о которых ученые еще не располагали, собрали большие и разнообразные коллекции. Среди важнейших экземпляров были шкуры дикого верблюда, до того науке не известного.