В начале XX в. обширный (364 тыс. км²) бассейн Хатанги представлял собой «белое пятно». Со времен Чекановского он был охарактеризован лишь расспросными картами. Поэтому Академия наук организовала Хатангскую экспедицию, перед которой поставила задачу исследовать междуречье Енисея и Анабара. В марте 1905 г. начальник экспедиции геолог Иннокентий Павлович Толмачев и топограф Михаил Яковлевич Кожевников с четырьмя спутниками от Туруханска прошли на оленях через верховья рек Курейки и Котуя (правая составляющая Хатанги) по высокому безлесному плоскогорью, имеющему вид обширных групп гор с волнистой поверхностью или отдельных гор, похожих часто на вулканы. В апреле они достигли озера Ессей.

У озера, «развлекавшего» их частыми миражами, путешественники устроили лагерь и почти два месяца исследовали и правильно нанесли на карту озерный район среднего Котуя (67–68° с.ш.). Выяснилось, что северных сибирских «великих» озер, показанных на картах Чекановского, не существует. Рядом маршрутов они проследили также притоки верхнего Котуя и по льду — все течение его важнейшего притока Мойеро (825 км). Закончив работы в этом районе, исследователи в июне построили на озере Ессей плот, по протоке достигли Котуя у 68° с.ш. и спустились по нему до Хатанги. Котуй очень красив, отметил Кожевников, но своим мрачным видом напоминает загробные реки древнего мира. Сплав по Котую, оказавшемуся крупной рекой (1409 км), позволил Толмачеву установить наличие обширного Анабарского плато. У слияния Котуя с Хетой они пересели в лодку и начали спуск по Хатанге. Вскоре река сильно расширилась, появились острова, плавание стало опасным. Проследив течение реки до устья, Толмачев и Кожевников двинулись по восточному берегу Хатангского залива на оленях. Очень скоро они убедились, что старая карта залива совершенно не соответствует действительности: его юго-восточный берег оказался сильно изрезанным — за р. Попигай, впадающей в Хатангскую губу, они обнаружили три полуострова (между 106°30' и 109° в.д.). В сентябре, с наступлением зимы, ранней в этом году, корма для оленей стало мало, и путешественники спешно объезжали на голодных оленях совершенно бесплодные полуострова, на которые здесь рассечен берег. Кожевников нанес на карту полуострова Хара-Тумус и Юрюнг-Тумус (у 74° с.ш.) с горой каменной соли (130 м). По его съемке бухта Нордвик и п-ов Нордвик получили современные очертания; изменилась на карте и конфигурация Хатангского залива: на востоке появилась глубоко вдающаяся в сушу узкая бухта Кожевникова. Затем они достигли устья р. Анабара.

Река покрылась крепким льдом, и перед исследователями лежала прекрасная дорога на юг. Пройдя в октябре на оленях до верховьев Анабара, они проследили все его течение (939 км). При этом Толмачев завершил открытие плато, названного им Анабарским. По его данным, оно наклонено к северу и сильно расчленено размывом, благодари чему от первичного плато сохранились лишь связанные друг с другом горы-свидетели (высотой до 845 м). От верховьев Анабара они вернулись на озеро Ессей, где разлучились. Толмачев прошел на юг, к верховьям Мойеро и Вилюю, спустился до 60° с.ш. и в январе 1906 г. добрался до Олёкминска на Лене. Кожевников со съемкой двинулся на северо-запад — через верховья Тукалана и Маймечи до устья Романихи (все — системы Хатанги), а оттуда вниз по Хете до селения Хатанги (72° с.ш.), где завершил работу. Затем он вернулся к Романихе и, следуя к западу вдоль 70° с.ш., в начале 1906 г. прибыл в Дудинку на Енисее, завершив съемку более 6000 км пути.

Участники Хатангской экспедиции впервые составили карту громадной (более 1 млн. км²) территории, ограниченной с запада Енисеем, с юга — Нижней Тунгуской, с востока — Оленьком, уточнили гидрографическую сеть региона, проследили все течение рек Хатанги, Котуя, Мойеро и Анабара, значительно исправили карту Хатангского залива. Это название окончательно утвердилось после экспедиции Толмачева. Но самым большим достижением следует считать открытие, оконтуривание и первое описание Анабарского плато, орографически представляющего собой, как правильно отмечал Толмачев, часть Среднесибирского плоскогорья. К северу от плато, заканчивающегося уступом, Толмачев исследовал центральную область огромной Северо-Сибирской низменности (как самостоятельная геоморфологическая единица она выделена в 1913 г. Л.С. Бергом).

В 1909 г. Толмачев был назначен начальником Северо-Восточной экспедиции, в которую опять пригласил Кожевникова. Из-за неудач и плохой подготовки работы, как отметил сам Толмачев, свелись к исследованию береговой линии от Колымы до мыса Дежнева. При этом удалось описать рельеф приморской полосы и выполнить съемку более 1600 км маршрута.

В 1909–1913 гг. горный инженер Владимир Александрович Вознесенский (бывший ссыльнопоселенец) изучал угленосность Северо-Восточного Забайкалья. Продолжая работы сотрудников В.А. Обручева, Вознесенский пересек район в разных направлениях, много раз переваливал хребты и проходил долинами рек вдоль их подошвы. Между верховьями Олёкмы и Нерчи он обнаружил резко очерченный гребень (юго-западная часть Олекминского Становика), увенчанный гольцами, а самому высокому гольцу дал имя Кропоткина (1908 м). На водоразделе Нерчи и Каренги (приток Витима) он установил цепь северо-восточного простирания и правильно решил, что это продолжение хребта Черского. Он проследил цепь до истоков Нерчи и выяснил, что дальше к северо-востоку она исчезает. Таким образом, фактически Вознесенский завершил открытие забайкальского хребта Черского (длиной 600 км)[45]. В верховьях р. Куэнги, небольшого левого притока Шилки, он выделил Нерчинско-Куэнгский хребет (200 км) и установил, что это поднятие прорезается Нерчей в ее нижнем течении. Он также продолжил изучение Яблонового хребта, выполнив несколько пересечений водораздела Олекмы и Витима.

В 1909—1917 гг. горный инженер «крестьянский сын» Яков Антонович Макеров проводил систематические геологические исследования для выявления месторождений угля и золота в бассейне левых притоков Шилки и Амура и в верховьях Нюкжи (приток Олекмы). Макеров быстро убедился, что старые топографические карты абсолютно не соответствуют действительности: в изучаемом районе он совершенно неожиданно встретил обширную горную страну. К концу работы он детально разобрался в рельефе и гидрографии территории и выяснил, что эта горная страна состоит из большого числа коротких, параллельных, кулисообразных или почти перпендикулярных гряд и перемежающихся с ними глубоких котловин главным образом северо-восточного направления. Макеров выделил и дал названия десятку плато и котловин и более чем полусотне хребтов, в том числе Алеурскому (125 км), Шилкинскому (около 200 км), Тунгирскому (230 км), Амазарскому (150 км). Горную цепь длиной 120 км с куполовидными вершинами, протягивающуюся у 55° с.ш., он назвал в честь Ф.Н. Чернышева.

Вознесенский и Макеров установили, что комплекс открытых ими в междуречье Олекмы и Шилки коротких кряжей, соединенных низкими седловинами, не связан со Становым хребтом. На основании их работ В.А. Обручев позднее показал, что горная страна шириной более 200 км между верхней Олекмой и Шилкой (с верхним Амуром) есть продолжение горных цепей Восточного Забайкалья; он выделил ее в особую орографическую единицу и назвал Олекминским Становиком.

В 1912 г. горный инженер Вадим Николаевич Зверев начал изучать долину Алдана, все еще остававшуюся «белым пятном». В марте его небольшой отряд поднялся по Амуру до 124° в.д. и зимником на оленях прошел на север через Становой хребет к верховьям р. Тимптона. Здесь отряд разделился: Зверев взял на себя исследование Алдана, а В.С. Панкратову поручил съемку р. Тимптон, которая, как тот выяснил, протекает по продолжению Алданского нагорья.