Сорок дней проработала экспедиция в Алтын-таге, невзирая на морозы и безводье. Хотя экспедицию пришлось прервать из-за болезни участников и обострившихся отношений царской России с Китаем, за год с небольшим была проведена глазомерная съемка 4 000 км, собраны уникальные коллекции, большие этнографические материалы.

Третье центральноазиатское, или первое тибетское путешествие 1879—1880 гг. — одно из самых плодотворных и интересных исследований внутренней Азии, — началось из города Зайсанска. Через Джунгарскую впадину, восточный Тянь-шань и Пандам экспедиция прошла в Тибет.

Уже за Нань-шанем путников ждали крупнейшие открытия — два неизвестных науке снеговых хребта. «Никогда еще до сих пор я не поднимался так высоко, — писал Н. М., — никогда в жизни не оглядывал такого обширного горизонта. Притом открытие разом двух снеговых хребтов наполнило душу радостью, вполне понятной страстному путешественнику».

Тибет — основная цель экспедиции Пржевальского, — по природным условиям одно из самых труднодоступных и неизвестных мест в мире. Только находчивость и бесстрашие, воля и решимость великого исследователя помогли русской экспедиции проникнуть почти до Лхасы. От бескормицы и тяжелых переходов один за другим пали караванные животные. Но ни глубокие снега и морозы, ни постоянные нападения разбойников, ни противодействие китайских чиновников — ничто не могло остановить русских путешественников.

«Ночь. Караван наш приютился возле небольшого ключа в пустыне. Две палатки стоят невдалеке друг от друга; между ними помещается вьючный багаж, возле которого попарно опят казаки. Впереди уложены верблюды и привязана кучка баранов; несколько в стороне заарканены верховые лошади. Утомившись днем, все отдыхают. Только изредка всхрапнет лошадь, тяжело вздохнет верблюд или бредит сонный человек... В сухой прозрачней атмосфере ярко, словно алмазы, мерцают бесчисленные звезды; созвездия резко бросаются в глаза; млечный путь отливает фосфористым светом. А кругом дикая, необъятная пустыня. Ни один звук не нарушает там ночной тишины. Словно в этих сыпучих песках и в этих безграничных равнинах нет ни одного живого существа...».

Четвертое путешествие в Центральную Азию и второе тибетское было и последним. Выйдя из Кяхты по известному уже пути, Пржевальский прошел на Куку-нор, откуда сделал большой кольцевой маршрут к истокам Хуан-хэ и Янцзы-цзяня. Н. М. пересек далее Цайдам, Алтын-таг, вышел к Лоб-нору, прошел вдоль северных склонов Алтын-тага и через пустыню Такла-макан и Тянь-шань вышел к Караколу (ныне Пржевальск). Основной целью экспедиции было исследование истоков Хуан-хэ, изучение Алтын-тага и Кашгарии.

Исключительно богат открытиями был путь по северному Тибету. Пржевальский обнаружил в системе Куэнь-луня сложную, огромную горную страну. Были открыты хребты Русский, Московский с вершиной Кремль, Колумба, гора Шапка Мономаха и хребет Загадочный, названный впоследствии по решению Географического общества «хребтом Пржевальского».

В истоках Хуан-хэ были найдены два озера, названных «Русским» и «озером Экспедиции». «Пусть первое из этих названий, — писал Пржевальский, — свидетельствует, что к таинственным истокам Желтой реки впервые проник русский человек, а второе — упрочит память нашей здесь экспедиции...».