В апреле 1879 года из Бийска стартовала вторая монгольская экспедиция Потанина, вновь с подачи П.П. Семенова. В составе отряда из восьми человек, помимо Григория Николаевича и Александры Викторовны, два переводчика, топограф с двумя помощниками для картографической съемки и рабочий.

В конце мая отряд Потаниных выступил из знакомого по прежней экспедиции села Кош-Агач. Маршрут второго путешествия Потаниных пролегал в основном в западной части Монголии: Бийск – монастырь Улангом – Урянхайский край (ныне Тува или Республика Тыва, Россия) – монастырь Дархат – озеро Косогол – Иркутск.

На одном из перевалов Потанин описал впечатляющее «обо» из хвороста с установленными по сторонам света резными деревянными фигурами, льва, свиньи, быка, верблюда; и, как смысловой центр сакральной композиции, – мифическая птица Хангарид (Ныне герб монгольской столицы – Улан-Батор; монгольская интерпретация гаруды, мифического царя птиц, в индуистской и в буддийской традиции, получеловек-полуптица; на голове птицы – знак государства и знания, в правой руке ключ, как символ счастья, в левой лотос – символ мира).

В окрестностях монастыря обширные заросли чия (чий) или дэрису, с которым Потанин познакомился впервые в Тарбатагайской экспедиции Струве на озеро Зайсан-нор. Ночью и зимой заросли защищали людей и животных от степного ветра и снега. Из крепких, как проволока, стеблей дэрису и цветной шерсти монголы делали циновки, используемые для утепления юрт, защиты от ветра, на них сушили сыр, катали войлок. В приграничных русских деревнях и городах монгольские циновки использовались в качестве штор и занавесок. Китайцы использовали дэрису при изготовлении метел, ковшей и т. п., и для производства высококачественной бумаги.

Экспедиция последовательно исследовала монгольскую «котловину больших озер»: озера – Киргиз-нор (ныне озеро Хяргас-Нуур, Монголия), Айрик-нор (ныне Айраг-Нуур), Хара-нор (ныне Хар-Нуур), Дурга-нор (ныне Дурген-Нуур), наконец Хара-усу (ныне Хара-Ус-Нуур), недалеко от города Кобдо (НынеХовд).

Однажды ночью на стоянке путешественники услышали отдаленные звуки бубна. Оказалось, в этом месте живут издревле шаманы («кам»). Причем, женщин-шаманок («утагана») больше. Зачастую это занятие передается по наследству. Александра Викторовна договорилась о присутствии во время обряда камлания (от «кам») в исполнении утаганы, согласившейся исполнить камлание для путешественников.

Юрта утаганы стояла среди тополей и лиственниц. В просторной и чистой, богато украшенной, юрте, помимо утаганы, молодой и красивой девушки, в обряде принимали участие члены ее семьи – мать, брат, сестры. Шаманский наряд состоял из суконного плаща, сплошь покрытого пришитыми к нему ремешками с прикрепленными к ним погремушками и колокольчиками, ремешки изображали змей с глазами из бисера. На спине выделялись две большие змеи, названные «златоглавыми змеями Амырга». На плечах и на вороте плаща нашиты пучки совиных перьев. Утагана стала лицом к протянутому справа от входа в юрту шнуру с лоскутами и лентами, и спиной к очагу, в котором тлел можжевельник, распространяя своеобразный запах. Девушка начала бить в бубен, раскачиваясь всем телом и извиваясь. Движения и удары бубна становились быстрее. Иногда утагана кружилась на месте, и тогда плащ развеивался вокруг нее широким конусом. Затем пляска прервалась, девушка пошла вокруг очага, напевая нежным голосом. Но пение было заунывным, иногда переходя в плач. Затем шаманка остановилась перед шнуром с лентами, продолжая напевать, дергаясь и постанывая. Успокоилась она, когда у нее взяли бубен, сняли плащ и шапку. Девушка имела вид проснувшегося человека. Окончательно она пришла в себя после глубокой понюшки табака и чашки чая.

В один из дней подошли к русской фактории, основанной в середине XIX века русским купцом Николаем Федоровичем Веселковым, недалеко от нынешней тувинской столицы Кызыл, расположенной в месте слияния рек. К русской фактории Потанин вел свой отряд целеустремленно. Николай Федорович Веселков представлял собой пример русского человека с неистребимой жаждой и страстью к движению и перемене мест, к новым знаниям и впечатлениям. Русские купцы доставляли урянхайцам русские товары из Минусинского края через Саяны, а вывозили шерсть, кожи, соль, меха, шкуры дзеренов (монгольский дзерен, или зобастая антилопа, до метра высотой, Ныне в Красной книге России). Со временем купцы занялись скотоводством, выделкой кожи, производством соли, заготовкой леса, добычей россыпного золота.

По совету Веселкова за проводником обратились к урянхайскому князю, у ставки которого разбили лагерь в долине Хакемы. После получения в подарок: ружья, карманных часов и другой мелочи, – князь сам приехал с визитом в лагерь экспедиции, с ним были судья и писарь. Князь предупредил, что на выбранном маршруте торной дороги нет. На следующий день князь прислал с двумя сыновьями ответные подарки – два куска шелка, кусок далембы (бумажной материи), блюдо овечьего сыра и блюдо очищенных кедровых орехов. А главное проводника. И по просьбе Потанина молодого урянхайца, знавшего много сказок.

Продвигались медленно. По дороге выпал снег, реки покрылись ледяной коркой. Не выдерживали верблюды, груз с них перекладывали на лошадей, сами шли пешком. В связи со стремительно надвигающейся зимой, было принято решение прервать экспедицию. Оставив лошадей, верблюдов, и часть снаряжения, на зимовку в монастыре, под присмотром одного из переводчиков, Потанины вместе с отрядом направились в Иркутск через Тункинскую долину. Предполагалось весной 1880 года продолжить исследования древних Хангайских гор и центральной Монголии.

На первом этапе экспедиция прошла через города Улангом и Кобдо, обследовала большие озера северо-западной Монголии, горную группу Харкира, хребет Танну-ола, Урянхайский край, прошла верхним течением Енисея. Суммарно пройдено около 1800–2000 верст, собрано примерно 1000 экземпляров насекомых, 120 геологических образцов и 400 видов растений, а еще около двухсот шкурок мелких млекопитающих и птиц.