Кроме трех экспедиций, которым посвящена книга «Путешествие по Туркестанскому краю», Северцов совершил четыре экспедиции: в низовья Урала, в Амударьинскую область, на Памир. В год своего пятидесятилетия (1877 г.) Н. А. возглавил один из отрядов «Ферганской ученой экспедиции», «главным делом которого, — по словам ученого, — явилось изучение Памира и его отношения к Тянь-шаню». В 1878 г., обследовав совершенно неизвестный до того район Северного Памира, Северцов пришел к принципиально новому в науке выводу: «Памир — самостоятельная горная система, «колоссальный горный узел, соединяющий Высокую Азию с Передней». По древним и новым поднятиям Н. А. установил, что соединение Памира и Тянь-шаня — результат недавнего, еще продолжающегося подъема. Геологические работы, огромные зоологические и ботанические наблюдения при общей комплексности работ сделали памирские исследования Северцова классическими. П. П. Семенов-Тян-Шанский писал: «Памирское путешествие достойным образом увенчало его труды». За Памирскую экспедицию Н. А. был удостоен в 1878 г. одной из высших наград Географического общества — медалью Литке.

Ученому удалось обработать и опубликовать лишь незначительную часть тех огромных материалов, которые были собраны этим замечательным, беззаветно преданным науке, русским исследователем. Нелепая смерть (он провалился в прорубь) в январе 1885 г. помешала осуществлению больших замыслов ученого.