Кокандцы поняли, что их пленник личность немаловажная, и повезли его в город Туркестан к своему правителю беку. Подъезжая к Туркестану, Северцов еле держался на лошади. После допроса его заперли в помещение, весьма похожее на тюрьму, и даже скверную тюрьму. Настроение и здоровье все ухудшались, исчезла надежда на освобождение Так прошло около месяца. Между тем русские власти энергично требовали немедленного освобождения ученого, угрожая военным походом. Туркестанский бек испугался и решил отпустить Северцова. Из опасения, что пленник не вынесет тяжелого переезда, его начали усиленно лечить. К ранам прикладывали парную баранину и присыпали порошком, в состав которого входила толченая скорлупа черепашьих яиц. Лечение оказалось эффективным, к тому же крепкий организм и радостное ожидание освобождения способствовали восстановлению сил. Через месяц, 27 мая 1858 года, Северцов вернулся в форт Перовский. Здоровье Северцова постепенно улучшалось. Он начал разбирать коллекции, понемногу экскурсировал. Так, он поднялся на баркасе вверх по Сырдарье и Куандарье, а затем исследовал соленые озера Культуз и Арыстуз в Голодной степи. 1 сентября 1858 года Северцов завершил работы в Средней Азии и вместе с отрядом выехал в Оренбург. Здесь он составил письменный отчет об экспедиции для Академии наук, все коллекции и материалы отправил С Гурьяновым в Петербург, а сам уехал в Воронежскую губернию долечиваться и повидаться с родными. Итак, Сырдарьинская экспедиция, рассчитанная на два года, закончилась за 16 месяцев. Программа ее тем не менее была перевыполнена. По материалам экспедиции Северцов составил карты Арало-Каспийской степи, подробно описал рельеф, климат и растительность этого края, отметил процесс усыхания Аральского моря и первый определил древние границы между Каспием и Аралом.. В конце 1859 года Северцов получил заманчивое предложение занять кафедру зоологии в Казанском университете. Но он предпочел войти в Комитет по устройству Уральского казачьего войска, чтобы заняться исследованием нового района. Земля Уральского казачьего войска в основном правобережье Урала посещалась многими учеными, но ввиду сложной топографии местности была изучена слабо. В марте 1860 года Северцов выехал в Уральск в качестве члена комитета. В обязанности ему вменялось естественно-историческое исследование земли уральских казаков. Кроме того, он добился права вести полевые исследования и по собственной программе. Северцов многократно посещал Уфу, Оренбург, Уральск и Гурьев, всесторонне обследовал озеро Шалкар с рекой Солянкой, горы Большой и Малый Индер и прилегающие к реке Урал районы.