К тому времени Семёнов уже был принят в действительные члены недавно организованного Русского географического общества, которое должно было стать, по мысли его учредителей, главным научным центром в России. В Обществе молодому естественнику поручили перевести с немецкого, существенно дополнив, книгу немецкого географа Карла Риттера «Землеведение Азии» (в 18 томах). Он сосредоточился на этой работе в фамильном имении, в Урусове, и посвятил ей два года целиком.
Петру было 23 года, когда он женился. Но жена, Вера Чулкова, внезапно заболела скоротечной чахоткой и вскоре умерла. Эта смерть потрясла юношу, и он сам заболел тифозной горячкой, осложнившейся воспалением мозга. Болезнь была настолько тяжёлой, что врачи Петербурга сочли состояние безнадёжным. Пётр был уже на грани смерти, когда один старый врач, друг семьи, попробовал свой, очень простой способ лечения. И Семёнов встал с постели.
Закрепить выздоровление он решил путешествием в Европу.
Семёнов проехал по Германии и Франции, посещал не только города, но и глухие деревни на реках и в горах. Первым делом он посмотрел Рейн, прорезающий Сланцевые горы, а затем — гранитный массив Гарц со знаменитым Брокеном, который назвал «самой поучительной миниатюрной горной страной», побывал в Бернских Альпах Швейцарии, познакомился с озёрами, включая Леман (Женевское), по горным перевалам Сен-Готард, Сен-Бернар, Гримзель прошёл в Италию, к озёрам Лаго-Маджоре и Комо. Потом также через горы вернулся во Францию.
В одной из долин горного массива Вогезы на северо-востоке Франции дошло до Семёнова известие о начале войны Англии и Франции с Россией, которая вошла в историю под названием Крымской. Тогда он вернулся в Германию и поступил в Берлинский университет, главным «светилом» которого был профессор Александр фон Гумбольдт. (Почти в 90 лет он ещё читал лекции, наряду со своим учеником Карлом Риттером, чей труд Семёнов переводил на русский язык).
С заданием Гумбольдта
Прошедший всю Европу и Америку и только «прикоснувшийся» к Азии, проехав по России в 1829 году, Гумбольдт предложил русскому магистру ботаники совершить путешествие в Тянь-Шань.
Семёнов так вспоминал об этой встрече, предопределившей его судьбу: «Проникнуть вглубь Азии, на снежные вершины этого недосягаемого хребта, который великий Гумбольдт на основе... скудных китайских сведений считал вулканическим, и привезти ему несколько образцов из обломков этого хребта, а домой — богатый сбор флоры и фауны новооткрытой для наук страны — вот что казалось самым заманчивым для меня подвигом».
Для того чтобы познакомиться с природой вулканических образований, Пётр Семёнов отправился к высящемуся над Неаполем Везувию, совершил семнадцать восхождений на вершину знаменитого вулкана, заглянул в его кратер. Когда он узнал о начавшемся извержении Везувия, сразу же снова приехал в Неаполь и поднялся по склону горы, пока позволяли вырывавшиеся из кратера удушливые газы...
Вернувшись в Россию, Пётр Петрович начал готовиться к Тянь-Шаньской экспедиции. Весной 1856 года он покинул Петербург, через Москву и Нижний Новгород попал на Великий Сибирский тракт и поехал дальше. Незаметно достиг Урала. Впервые в жизни встретившись с великим хребтом, отгородившим европейскую Россию от Сибири, Семёнов замечал: «Колоссальный по своему протяжению с севера на юг... он не служит к разъединению двух частей света, между которыми проходит. Ни для климатических особенностей, ни для флоры и фауны Урал не составляет резкой границы». Молодой географ обратил внимание на то, что общий облик растительности сохранился европейским вплоть до Енисея.
Через Ишимскую лесостепь, берёзовые перелески на берегах озёр и бесконечные болота Семёнов подъехал к Омску, первому большому сибирскому городу. Он был невелик тогда — всего 16 тысяч жителей, но в нём уже сформировался своего рода культурный центр. Здесь Семёнов познакомился с двумя будущими исследователями природы России. Два друга — потомственный казак Григорий Потанин и внук властителя казахских степей хана Аблая Чокан Валиханов — учились в кадетском корпусе. Оба уже мечтали о далёких путешествиях. Два этих молодых человека произвели сильное впечатление на Семёнова своей любознательностью и готовностью посвятить жизнь изучению природы родной страны. (Через много лет, возглавив Географическое общество России, Семёнов не раз окажет им обоим свою помощь). В Семипалатинске произошла его встреча с отбывавшим там ссылку после омского «мёртвого дома» Фёдором Михайловичем Достоевским.
Из Семипалатинска к Тянь-Шаню вёл недавно устроенный почтовый тракт с отстоявшими друг от друга на 25—35 км станциями, где меняли лошадей, отлавливая их прямо в табунах, пасшихся в неоглядной степи.