В двадцатых числа января 1877 года в городе началась массовая подготовка к новому году. Наведение порядка, уборка в домах и во дворах, кое-где ремонт, переклейка обоев, покраска и т. п. повсюду появились маленькие белые бумажные флаги и разноцветные фонарики. В разных местах, внутри и снаружи домов, включая усадьбу, арендованную путешественниками, вешали плакаты из красной, желтой или зеленой бумаги, с мудрыми изречениями. Горожане, в основном мужчины, торопились сделать последние покупки. Рыбу, розовые свечи, овощи, мясо, пироги, сушеные фрукты, печенье, сладости, мороженый виноград, яблоки, подарки и др., соответствующее случаю. К вечеру все участники торжеств переоделись, женщины обильно набелили и нарумянили лица до состояния маски, волосы украсили искусственными цветами. Около одиннадцати вечера, когда в крепости выстрелила пушка, по улицам пошел сторож, ударяя в огромные медные тарелки; повсюду зажгли фонарики. Во многих дворах зажгли курительные палочки и встали на молитву.
20 марта 1877 года, по окончании зимовки, отряд вновь вышел на маршрут, направившись на юг широкой долиной Дзерге, простирающейся более чем на 100 верст к юго-востоку от озера Хара-усу (ныне Хара-Ус-Нуур). Примерно через три недели пути на юго-восток и юг, подошли к границе пустыни Гоби. В маленьком оазисе взяли запас воды, и на следующий день, с семи утра до полуночи, одолели половину безводного перехода через Гоби, 60 верст. Гоби представляла безжизненную равнину без растений, усыпанную мелкой галькой и щебнем, черными от пустынного солнца, и потому равнина на перспективу представлялась черной, а вблизи открывалась в нюансах. Караванная дорога выделялась желтой полосой, уходящей вдаль, на черной равнине; вблизи дороги кое-где белели кости и скелеты животных.
Ночь выдалась пасмурная, звезд не было видно. Около семи утра продолжили движение. Кроме черной равнины со всех сторон, и гор далеко впереди, ничего не было видно. Лошади, мучимые жаждой и голодом, еле передвигали ноги, были так голодны, что ели сухой помет, попадавшийся на дороге, четырех обессиливших, пришлось оставить. Наконец, показались холмики, на одном из которых стояла башня. Это была граница Гоби, здесь в небольшом оазисе, отряд отдыхал пять дней. Ошибки при подготовке к переходу через Гоби привели не только к драматическим потерям, но и крайнему физическому истощению оставшихся в живых лошадей.
Следующая большая остановка на маршруте в городе Баркуль (Ныне одноименный поселок, на северном склоне Тянь-Шаня, восточнее города Урумчи, Синьцзян-Уйгурский автономный район, КНР) у подножия Тянь-Шаня. В этом большом торговом городе с несколькими дянами (постоялыми дворами) и богато украшенными кумирнями, даже главная улица с непрерывной чередой лавок, была завалена мусором. В воздухе стоял густой смрад в дополнение к непролазной грязи на улицах. Поэтому, несмотря на предложение местного губернатора поселиться в доме (фанзе) рядом с его резиденцией, лагерь разбили на окраине города на берегу местной речушки. Здесь пополнили караван лошадьми, наняли проводника, запасались водой и припасами.
Сойдя с перевала и покинув предгорье, отряд шел без сна около полутора суток (вторую половину дня и всю ночь), коротко останавливаясь только на еду и отдых для лошадей. Однажды утром, преодолев около 40 верст, вышли к стенам города Хами (Ныне одноименный городской округ в Синцзян-Уйгурском автономном районе (СУАР), КНР). Только спустя время Потанины осознают смертельную опасность, которой подвергался отряд. В районе еще не закончилась гражданская война. Через девять дней, отдохнув и собрав необходимые сведения о грузах и товарах, которые проходили через город, экспедиция вышла из Хами.
Несколько переходов шли по практическим лишенным растительности предгорьям Монгольского Алтая. Отряд сопровождал свист тарбаганов (сурков), обитавших во множестве в этих местах. Желтовато бурые зверьки вылезая из нор, садились на задние лапки, осматривались и, убедившись в отсутствии врагов, выбегали пастись, пересвистываясь, оставляя караульных, которые при малейшей тревоге собирали сородичей резким свистом.
Экспедиция завершилась 4 декабря 1877 года, но отпраздновали ее окончание в конце декабря уже в российском Бийске. Отряд прошел горы Монгольского Алтая, Гоби, восточную оконечность Тянь-Шаня и район озер северо-западной Монголии. Суммарно пройдено около 2500–2700 верст, собрано до 5000 экземпляров насекомых, около 200 геологических образцов и до 1000 видов растений, а еще около двухсот шкурок мелких млекопитающих и птиц.