В 1810—1816 гг. молодой инженер Луганского литейного завода Евграф Петрович Ковалевский в свободное время занимался геологическими исследованиями на Северском Донце и установил, что по его правому берегу в северо-западном направлении простирается горный кряж. Ковалевский назвал его Донецким, но преуменьшил его протяженность к северу на 50 км, а на юге ошибочно посчитал, что кряж доходит до Азовского моря и Дона.

По Е. Ковалевскому, Донецкий кряж состоит в основном из возвышенных степей, пересекаемых глубокими долинами, буераками и равнинами, значительно реже — из невысоких гор увалистого, конусообразного, изредка увесистого вида; чаще они имеют правильную форму и оканчиваются плоскими или округлыми террасами. Ковалевский определил наиболее высокие участки кряжа как водораздел рек бассейнов Северского Донца и Миуса (гора Могила-Мечетная, 367 м). Он обнаружил, что Донецкий кряж рассекается стекающими с него реками на ряд сравнительно небольших (30—50 км) «отрогов» и выделил десять таких ветвей различных направлений, в том числе Нагольный кряж.

В 1828 г. Е. Ковалевский в этом же районе проводил разведку месторождений каменного угля и открытых им полиметаллов. Он выяснил, что в геологическом отношении Донецкий кряж является огромным бассейном. Научный первооткрыватель Донбасса Ковалевский был и его первым исследователем — он составил первую геологическую карту Донбасса, рекомендовал начать поиски и разведку его рудных месторождений.

Родерик Мурчисон как непревзойденный мастер полевой геологии в 1840 г. был приглашен в Россию для изучения естественных богатств страны. В экспедиции его сопровождали русские ученые, в том числе А.А. Кейзерлинг, часто получавший самостоятельные задания. Мурчисон обследовал участок южного берега Белого моря, Пинегу и по Двине и Сухоне поднялся к ее верховьям, выполнив также боковой маршрут по р. Югу почти до его истоков. Он описал «низменные водоразделы, из которых ни один не представляет определенного характера горной цепи», — западную часть Северных Увалов. С верховьев Сухоны Мурчисон проследовал к Волге, а затем подробно ознакомился с геологией Валдайской возвышенности.

Летом 1841 г. Мурчисон и Кейзерлинг описали северную часть Среднерусской возвышенности по Оке, между устьями Угры и Москвы, и прошли по Волге от 40 до 49° в.д. Поднимаясь по Каме и Вятке, они исследовали восточную часть Русской равнины и выделили геологическую систему, названную Мурчисоном пермской. Перебравшись на Урал, Мурчисон семь раз пересек горы и обследовал оба склона в полосе 60–51° с.ш. На западе он изучил Бугульминско-Белебеевскую возвышенность и по р. Сок достиг Жигулей. Затем по правобережью Волги он спустился до Ахтубы, перешел на Дон и добрался до его устья, исследовал Донецкий кряж и берега Северского Донца до 50° с.ш. Оттуда Мурчисон двинулся на север и пересек всю Среднерусскую возвышенность.

Этот маршрут позволил Мурчисону обнаружить интересные орографические особенности юга России, вынудившие геологов отвергнуть наличие Урало-Карпатской гряды.

В Англии Мурчисон в 1845 г. опубликовал работу «Геологическое строение Европейской России и хребта Уральского», получившую мировую известность. В этом труде, использовав, помимо личных наблюдений, работы русских геологов, он дал четкую общую характеристику Восточно-Европейской равнины как «волнообразно изогнутой страны». Ему удалось выделить две главные структурные единицы Русской платформы — Московскую синеклизу и Донецкий прогиб, а также разделяющее их значительное поднятие — Воронежскую антеклизу.

Исследования XX в. подтвердили выводы Мурчисона. К работе была приложена геологическая карта, на которой отчетливо выступали основные особенности строения Русской платформы; последующие карты этого региона вплоть до 40-х гг. XX в. не внесли существенно нового в представления о структуре Восточно-Европейской равнины. Между прочим, на ней, по данным А. Кейзерлинга, впервые показаны Тиманский кряж и обширная Печорская низменность.

Летом 1840 г. Г.П. Гельмерсен изучал геологическое строение верховьев Волги от озера Селигер до 58° с.ш., где выполнил первые барометрические измерения и окончательно установил, что эта местность представляет плоскую возвышенность, поднимающуюся не более чем на 325 м (по последним данным, до 343 м на востоке). Г. Гельмерсен назвал ее Валдайской, т. е. перенес на нее старое название несуществующих «Валдайских гор». Многочисленные барометрические замеры, подкрепленные в 1850 г. геологическими наблюдениями в верховьях Волги, Западной Двины, Днепра, Дона и ряда их притоков, позволили ему прийти к выводу, что исследованная территория также является возвышенностью, имеющей высоту 240–275 м (по последним данным,293 м). Она служит водоразделом лишь небольших рек, а Днепр, Ока и Дон прорезают ее по всей широте. Иными словами, Гельмерсен выявил (правда, в самых общих чертах) центральную восточноевропейскую возвышенность, которую А. Тилло позднее назвал Среднерусской.

До конца 80-х гг. на карте Европейской России протягивались две параллельные широтные гряды. Установить истинное положение вещей можно было, лишь имея большое количество барометрических определений высот. С 1874 г. за сбор и систематизацию этих материалов взялся военный топограф Алексей Андреевич Тилло. В 1889 г. он составил первую гипсометрическую карту Европейской России, в основу которой положил более 50 тыс. высотных отметок (издана в 1890 г.). Правда, эти данные по площади были распределены неравномерно. К тому же, Тилло пришлось допустить ряд обобщений, но основные орографические элементы Европейской России оказались прочно установленными.

В дополнение к меридиональной Приволжской возвышенности Тилло выделил Среднерусскую, которая простирается от Валдайской возвышенности, составляющей ее северную часть, почти до Донецкого кряжа. К востоку от нее впервые оконтурена и названа Окско-Донская низменность. Прибалтийские низменности и Полесье также получили правильные контуры. Но по небольшим грядам, разделяющим системы Волги и Северной Двины у 60° с.ш., называемым издавна Северными Увалами, Тилло тогда не имел достоверных данных. Он предположил, что водораздел между бассейнами Волги и рек, впадающих в Белое и Баренцево моря, возможно, представляет непрерывную возвышенность широтного простирания, но считал необходимым в самое ближайшее время подробно ознакомиться с Северными Увалами.

В 1890—1891 гг. геолог Леонид Иванович Лутугин на лодке и пешком обследовал и закартировал верховья притоков верхней Камы и Вятки, а также все левые притоки Вычегды и Лузу (правый нижний крупнейший приток Юга). Большинство рек, водораздельных и междуречных пространств этой огромной полосы, почти совершенно не исследованной, в основном безлюдной, сплошь покрытой лесами и бездорожной, он изучил впервые. Главный водораздел (Северные Увалы), плоский, с весьма пологими скатами, Л. Лутугин проследил от 48 до 54° в.д. (почти на 400 км) и пересек в пяти местах. Он собрал большой материал и выяснил, что Увалы невысоки (до 293 м) и не представляют единого целого; линия водораздела очень извилиста — на одной широте встречаются русла рек бассейнов Северной Двины и Волги.

В 1896 г. А. Тилло опубликовал новую гипсометрическую карту Европейской России и прилегающей части Центральной Европы. На ней отчетливо видно, что Волынская и Подольская возвышенности (Тилло, правда, показал их как единое целое и назвал Авратынской), считавшиеся отрогами Карпат, хотя еще в 1867 г. это мнение опроверг Н.П. Барбот де Марни, отделены от Карпат долинами Сана и Днестра.

С 1880 г. Европейскую Россию изучал геолог и географ Сергей Николаевич Никитин. До 1882 г. он обследовал большую часть Унжи и Ветлуги и составил первую карту их междуречья, покрытого непроходимыми хвойными лесами и болотами. В 1886 г. он выделил несколько областей с различным типом после-третичных отложений. Это была первая попытка геоморфологического районирования Европейской России.