Первым было селение Копал у подножья Джунгарского Алатау, за ним — основанное всего два года назад селение Верное, над которым вставал белоснежной стеной хребет Заилийский Алатау. В Верном снарядил Семёнов свой отряд и пошёл в горы в сопровождении казачьей сотни. Дорог уже не было — приходилось пробираться сквозь дикие заросли можжевельника (арчи), любимые места обитания тигров. Один из них напал на казака и перегрыз ему руку. Тигра застрелили, а шкуру подарили Семёнову. Она стала первым экспонатом его тянь-шаньской коллекции.

Перевалив через хребет, отряд спустился к сверкавшей голубизной глади озера, как в раму заключённому среди заснеженных хребтов, «подпирающих» небо. Иссык-Куль — называли его киргизы, Же-Хай — китайцы, посетившие удивительное озеро ещё за двести лет до н. э. Оба названия переводятся как «тёплое озеро» (или море). Хотя есть и другое толкование слова «иссык» — священное...

Семёнов вышел на Иссык-Куль со стороны Заилийского Алатау, по долине реки Иссык, пересёк три реки с одинаковым именем Мерке, по плато Табульгаты перебрался из бассейна Или в бассейн озеpa — к нему устремлялись стекавшие с хребта Кунгей-Алатау речки. Следуя их течению, отряд и достиг Иссык-Куля, вид которого напомнил альпийские озёра, но размеры, яркая голубизна и окружение заснеженными гигантами, отражавшимися в воде, делали озеро ни на что не похожим. За ним высился «...весь величественный Тян-Шанский хребет, состоящий из непрерывного ряда снежных вершин, всё западное звено которых казалось выходящим непосредственно из синих вод Иссык-Куля».

Император У Ди (из династии Хань) в 138 году до н. э. решил заключить союз с правителем юэчжей против нападавших на Китай с севера кочевников-гуннов. Народ юэчжи жил за Небесными горами, и туда по перевалам Тянь-Шаня отправилось посольство — сто человек во главе с опытным дипломатом Чжан-Цянем. Уже на подходе к горной системе посольство было атаковано гуннами и захвачено в плен. Долгие десять лет провёл в плену Чжан-Цянь, прежде чем ему удалось бежать. Случай представился тогда, когда гунны расположились в одной из долин огромного горного хребта, встававшего белой стеной, закрывавшей полнеба.

С Чжан-Цянем бежал гунн Ганьфу, сопровождавший его все десять лет скитаний по пустыням и горам. Казалось невозможным подняться на гребень этих гор, но стремление к свободе сделало беглецов сильными. Они поднялись на перевал, карабкаясь по леднику, и оказались на высокогорной равнине. Затем, пройдя по ней, нашли спуск по ущелью, заросшему высокими стройными елями.

Внезапно сверкнула широкая водная гладь: большое озеро лежало впереди. В ярко-голубом его зеркале отражались белоснежные громады гор, окружавшие его со всех сторон. Там, где горы отступали от озера, на прибрежной равнине стояли юрты кочевников. Но это были не гунны, а мирные скотоводы. Чжан-Цянь назвал их «усунями», они когда-то подчинялись гуннам, но, собрав многочисленное войско, смогли отстоять свою свободу. Это были рослые, рыжебородые, голубоглазые люди, совсем не похожие на китайцев. А когда китайцы впервые встретили русских, они отождествили их с усунями...

Семёнов был не первым русским на озере. В 1721 году посол Петра I к калмыкам капитан Иван Унковский побывал на Иссык-Куле. А совсем незадолго до Семёнова отряд топографа полковника Хоментовского заснял подход к восточному берегу озера, находившемуся на 1600 метров выше уровня моря и разлившемуся между двумя хребтами почти на двести вёрст.

В отряде Хоментовского был молодой казах Чокан Валиханов. На него легла вся научная работа отряда, главной задачей которого было проведение топографической съёмки. Ею был охвачен северный берег Иссык-Куля. За пять месяцев заснята горная территория площадью 19 тысяч квадратных вёрст. Поручик Яновский с топографом Анемподистом Вараксиным (уроженцем Тобольской губернии) составил карту озера и его окрестностей в масштабе 25 вёрст в дюйме.

Пока топографический отряд проводил съёмку, Чокан Валиханов изучал географию Прииссыккулья и этнографические особенности его жителей — киргизов двух кочующих родов. Он провёл много дней в аиле племени богу, в живописном урочище Тулпартан у Манапа Боромбая, который первым из предводителей киргизских племён обратился к русскому царю с просьбой о покровительстве.

Разъезжая по аилам вокруг Иссык-Куля, Валиханов записывал строки грандиозного киргизского народного эпоса «Манас»... Он был первым, кто начал эту работу. Сейчас ею занимается научный институт «Манаса» — уже получено от устных сказителей более миллиона строк. Первые записал Валиханов.

В середине июня 1857 года из Верного к возвышающимся на юге горам вышел караван Семёнова: 58 человек с двенадцатью верблюдами. Через две недели пути по склону Заилийского Алатау он поднялся на плоскогорье Санташ и по долине Заука — на Заукинский перевал, через который в древности проходили в Кашгарию, расположившуюся у южного подножия Тянь-Шаня.

Здесь заканчивался лес, полосой тянувшийся по склонам речной долины. Прекращался крутой подъём — плоская равнина расстилалась за гребнем горного хребта. Равнина поднималась на четыре километра над уровнем моря, и высящиеся над ней горы с ледниками казались совсем невысокими.

Это выровненное пространство за гребнем киргизы называли «сырт» («спина»). Они использовали высокогорные равнины как летние пастбища: здесь нет изнуряющей жары, ветра и кровососущих насекомых, а есть простор, вода в многочисленных озёрах и прекрасный травостой. Река, стремительно низвергавшаяся в долине, по сыртам течёт медленно, лениво, теряясь в болоте.

По заболоченной поверхности сыртов Центрального Тянь-Шаня проходит водораздел: на восток текут реки, впадающие в Иссык-Куль, на запад — истоки большой реки Нарын, которая, спустившись с гор, становится Сырдарьей, одной из великих рек Средней Азии, называвшейся древними Яксартом. Семёнов был первым европейцем у истоков Яксарта, легендарной реки, которой достиг в своих походах Александр Македонский.

«Таким образом, — писал географ, — первая попытка проникнуть в заветный Тянь-Шань увенчалась полным успехом. Получился прекрасный геологический разрез от Иссык-Куля до истоков Нарына».

В то же лето состоялось ещё одно восхождение на Тянь-Шань через горный массив, отражавшийся в водах Иссык-Куля на востоке, где рождаются реки, текущие в пустыни Северного Китая.

После первого путешествия к восточной оконечности Иссык-Куля Семёнов вернулся в середине сентября в Верное и через несколько дней отправился снова, на сей раз к западному берегу Иссык-Куля. Отряд в 90 человек перешёл через перевал Каштек и оказался в Боомском ущелье, выводящем к озеру. Здесь Семёнов был гостем манапа киргизского племени сарыбагыш Уметалы.

Два киргизских рода кочевали вокруг Иссык-Куля со своими стадами — сарыбагыш, подчинявшегося кокандскому хану, и богу, — подданные Китая. В то самое время, когда Валиханов путешествовал среди юрт племени богу, Семёнов познакомился с сарыбагышами. Потом Семёнов встретится и с Боромбаем. И поможет двум родам преодолеть вражду, принимавшую порой характер кровопролитных стычек.

Пройдя Боомское ущелье, Семёнов вышел к Иссык-Кулю по долине реки Чу, прорезавшей это ущелье. Река текла от озера, и естественно было предположить, что она вытекает из него. На самом же деле, как установил Семёнов, Чу стекала с горного хребта на юг и, обходя выступы твёрдых пород, поворачивала на запад. Она не впадала в озеро и не вытекала из него. А немецкие географы Гумбольдт и Риттер, никогда не бывавшие на Тянь-Шане, были уверены: через Чу происходит сток из Иссык-Куля. Семёнов установил, что стока нет. Высокогорное озеро — бессточное. Сделав это важнейшее для географии открытие, Семёнов возвратился в Верное, решив продолжить исследования в будущем году.

Зиму он провёл в Петербурге, обрабатывая полученные материалы, а уже 14 мая 1857 года прибыл в Верное вместе с художником П.М. Кошаровым, учителем рисования Томской гимназии. За две недели был собран отряд из 58 человек (включая казачий конвой), который отправился в самую высокогорную область Тянь-Шаня, к востоку от озера Иссык-Куль.