Зиму 1856/57 г. Семенов провел в Барнауле. Возвратившись в Верный, он летим 1857 г. во главе большого отряда прошел по северному склону Заилийского Алатау на восток до р. Чилик; через параллельные кряжи Согеты и Тораигыр и заключенное между ними «сухое, безводное и… бесплодное плоскогорье» достиг верхнего течения Чарына, притока Или. С узкого гребня Тораигыра на юго-востоке Семенов первым из европейцев увидел величественный Хан-Тенгри. Перевалив Кюнгей-Ала-Тоо, он прошел на юг к северным склонам Терскей-Ала-Тоо. В один из вечеров, остановившись на ночевку, Семенов насладился чудесной панорамой: «Солнце уже склонялось к вечеру, над Кунгеем носились темные облака, эффектно освещенные солнечным закатом. В то время, когда снежные вершины Кунгей-Алатау уже начали загораться… альпийским мерцанием, мягкие куполовидные предгорья были облиты светом… как будто горы горели и дымились».

Поднявшись на перевал (у 78° в.д.) в Терскей-Ала-Тоо, он увидел на юге р. Нарын — «верховья древнего Яксарта» (Сырдарьи), перед ним расстилалась «волнистая равнина с зелеными озерцами» — сырты Внутреннего Тянь-Шаня. Спуститься к Нарыну Семенов не решился, так как лошади были изранены и измучены, поэтому он вернулся к Иссык-Кулю, затем перевалил Кюнгей-Ала-Тоо и достиг р. Чилик. Отдохнув в ауле и наняв свежих лошадей, Семенов вышел к Нарыну и поднялся по его левой составляющей. С перевала в Терскей-Ала-Тоо он был «ослеплен неожиданным зрелищем… [на юго-востоке] возвышался самый величественный из когда-либо виденных мной горных хребтов. Он весь, сверху донизу, состоял из снежных исполинов [Семенов насчитал их не менее 30]… Как раз посередине… возвышалась одна, резко… отделяющаяся по своей колоссальной высоте белоснежная остроконечная пирамида…» — Хан-Тенгри, долгое время считавшийся высшей точкой (6995 м) Тянь-Шаня. Спустившись в долину р. Сары-Джаз (бассейн Тарима), он прошел к ее верховьям, где открыл огромные ледники, в существовании которых он прежде сомневался, а затем вернулся в Верный.

Сам Семенов называл свое короткое путешествие «научной рекогносцировкой северо-западной окраины Центральной Нагорной Азии». Но результаты ее оказались значительными: он проследил Кюнгей-Ала-Тоо на 150 км, Терскей-Ала-Тоо на 260 км, обследовал Заилийский Алатау, связанный, как он выяснил, с другими хребтами Тянь-Шаня и образующий его передовую цепь; открыл огромную ледниковую область в верховьях Сары-Джаза и тянь-шаньские сырты; установил, что питание р. Чу не связано с озером Иссык-Куль[52], привел бесспорные доказательства отсутствия вулканизма в Средней Азии; первый установил высотные природные пояса Тянь-Шаня и высоту снеговой линии хребтов; впервые исследовал местность в истоках Нарына, Текеса и Сарыджаза, т. е. рек, принадлежащих трем из четырех крупнейших речных систем Центральной Азии — Сырдарьи, Или и Тарима; подметил характернейшую особенность Тянь-Шаня — расчленение на параллельные цепи и образование продольных, широтных, очень длинных долин. Наконец, Семенов, как отмечал К.И. Богданович, дал первое и такое четкое деление северных цепей Тянь-Шаня, основанное на их орографических и геологических особенностях, что ни один из более поздних путешественников XIX в., проходивших по тем же районам, не смог добавить к его данным ничего существенно нового.

В 50-х гг. XIX в. в русской армии, в Западносибирском губернаторстве, служил Чокан Чингисович Валиханов, из знатного казахского рода. Летом 1856 г. он принял участие в военной экспедиции для съемки Иссык-Куля, а осенью того же года побывал в Джунгарии и три месяца прожил в Кульдже.

В 1858 г. в составе огромного торгового каравана под видом купца 23-летний Валиханов отправился «в неведомый дотоле Кашгар» — опасное путешествие, так как весь Восточный Туркестан тогда был охвачен восстанием коренных народностей. В июле Валиханов через Кюнгей-Ала-Тоо поднялся на перевал Джукучак: «…мы перешли Зауку и вступаем в страны неведомые и незнаемые», — записал он в своем дневнике (цит. по Собранию его сочинений, т. 1—4). Караван пересек тянь-шаньские сырты, верховья р. Нарына и по долине Аксая и его притока р. Теректы достиг китайской границы, примерно у 40°30' с.ш. и 76° в.д. Валиханов установил, что пройденное от перевала Джукучак пространство «…представляет нагорье, прорезанное поперечными долинами значительной высоты». При этом он открыл «самое широкое и обширное плоскогорье» Центрального Тянь-Шаня — Аксайское — и довольно точно определил его границы. Беспокоясь за судьбу спутников и свою собственную, Валиханов зарыл дневник близ границы.

Пройдя на юг «по бесплодной местности, покрытой изредка колючей травой… и изрытой логами», караван в октябре достиг Кашгара. Из-за трудностей перехода из 101 верблюда пало 65. С частью каравана Валиханов проник еще дальше на юг — почти до Яркенда. По собственным наблюдениям и расспросам он выяснил, что «Кашгария имеет характер песчаной пустыни, окруженной с трех сторон горными хребтами[53], а с …восточной стороны замыкается степью Гоби. Из гор вытекает множество рек, из коих одни теряются в песках, другие же составляют систему рек Тарим-Гола, впадающего в Лобнор».

В марте 1859 г. Валиханов двинулся с караваном в обратный путь, причем вторично пересек Центральный Тянь-Шань. По материалам своих путешествий Валиханор составил первое научное историко-географическое и этнографическое описание Восточного Туркестана. Современники высоко оценили его работу, считая ее подлинным географическим открытием.

В 1860—1861 гг. Валиханов подготовил в Главном штабе к изданию карты Азии. Большую ценность представляют и другие его труды, в которых он собрал массу фактов, изобличающих царских колонизаторов, казахских феодалов и реакционное духовенство. Чахотка оборвала жизнь этого первого казахского ученого, выдающегося путешественника и просветителя-демократа в апреле 1865 г., когда ему не было еще 30 лет.

Для исследования Аральского моря и низовьев Сырдарьи Академия наук организовала экспедицию, поручив руководство ею зоологу Николаю Алексеевичу Северцову: для него «Средняя Азия сделалась научной целью всей жизни»^{18} после встречи (в 1845 г.) с Г.С. Карелиным. В конце лета 1857 г. Северцов начал из Оренбурга путешествие с большим караваном в сторону Эмбы по долинам Илека (система Урала) и Темира (приток Эмбы). Обследовав Северные Мугоджары, он прошел к низовью Эмбы, где открыл выходы нефти (первые сведения о Приэмбинском нефтеносном районе), а затем он исследовал северный уступ плато Устюрт. Изучив Южные Мугоджары, он пересек пески Большие Барсуки, обогнув с севера Аральское море, и мимо озера Камышлыбаш вышел поздней осенью к Казалинску, на нижней Сырдарье. Из 2,5 тыс. км маршрута около 1,5 тыс. было пройдено но местам, не посещенным натуралистами. Оттуда Северцов двинулся на юг, в пустыню Кызылкум, проследил сухое русло Жанадарьи (близ 44° с.ш.) и описал восточный берег Аральского моря. В конце 1857 г. он прибыл в Перовск (теперь Кзыл-Орда).

Весной 1858 г. Северцов прошел вверх по Сырдарье для изучения хребта Каратау, по пути делая зоологические сборы. Здесь он подвергся нападению и был захвачен в плен: «…кокандец ударил меня шашкой по носу и рассек только кожу, второй удар по виску, расколовший скуловую кость, сбил меня с ног — и он стал отсекать мне голову, нанес еще несколько ударов, глубоко разрубил шею, расколол череп… я чувствовал каждый удар, но странно, без особой боли…» Северцова спасли два других «кокандца», прекративших зверскую расправу. Раненый и больной Северцов пробыл месяц в плену в городе Туркестане, «…причем впервые ознакомился с южными предгорьями Каратау в самых неблагоприятных для наблюдений условиях». Он был освобожден в конце мая, после ультимативного требования русских военных властей; в начале сентября, окончательно поправившись, выехал в Петербург. По материалам экспедиции Северцов составил карты Арало-Каспийской степи, подробно описал рельеф, климат и растительность этого края, отметил процесс усыхания Аральского моря и первый определил древние границы между Каспием и Аралом.