Хотя уже было лето, на плато Чуй «все дышало зимой». Чихачев круто повернул на север, переправился через верховья Чуй и по снегу прошел вдоль протянувшейся с юга на север высокой каменной стены у восточной границы Чуйской степи. Впоследствии она была названа хребтом Чихачева (длина около 100 километров, высоты до 4 000 метров). Хребет «в виде зубчатого гребня, расколотого на пики и иглы, ослепительно сверкающие на солнце», продолжался далее к северу до скованного льдом озера Джулукуль.
Перевалив через горную цепь Сайлюгем, экспедиция 16 июня достигла истоков Чуй, затем прошла к государственной границе России, пересекла ее и вернулась обратно. Далее путь лежал к озеру Джулукуль через болота, простирающиеся между истоками Чуй и Чулышмана. Чихачев установил, что озеро Джулукуль является истоком Чулышмана, впадающего с юга в Телецкое озеро, из которого на севере вытекает Бия. Поднявшись на плоскую вершину у Джулукуля, он обнаружил хребет, протянувшийся к северо-западу вдоль левого берега Чулышмана.
Исследовав исток Чулышмана, Чихачев направился вниз по долине реки Джалду, впадающей в реку Башкаус.
«Мы не могли налюбоваться живописным жизнерадостным видом долины Башкауса, — писал он. — Сквозь ветки хвойных деревьев, напоминающие бахрому, и блестящую листву тополей и берез мелькали многочисленные юрты. Стада коров и быков напоминали мне прекрасный тирольский скот, и я невольно перенесся мыслью в веселые долины Швейцарии. Повсюду расстилаются тучные, изобильные пастбища. Волнистый рельеф и мягкие очертания гор, придающие окрестностям Башкауса разнообразие и приветливость, также способствуют славе долины как одной из самых великолепных на Алтае. Для этих мест характерно, что вершины и склоны гор одеты плотным покровом густых изумрудных хвойных лесов, а нижние районы, часто изощренные глыбами и пересеченные трещинами, украшены бесчисленным множеством ярких растений, среди которых отличалась красотой прелестная роза Гмелина. В первый раз я приветствовал на Алтае царицу цветов и должен отметить, что среди всех роз, которые когда-либо видел, я нигде не встречал ничего подобного».
В долине Башкауса два отряда экспедиции соединились и далее следовали вместе. Спустившись по Башкаусу на несколько десятков километров, Чихачев вновь перевалил горы правобережья реки и спустился в прекрасную долину, орошаемую *censored*TbiMH водами Чулышмана. Люди и кони переправились через реку на плоту, затем руководитель повел экспедицию берегом почти до Телец-кого озера. Подтвердились сведения о том, что по правому берегу реки протянулись крутые горы — Чулышманское нагорье длиной около 150 километров, с вершинами до 3 150 метров. Вблизи долины Чулышмана был обнаружен район залежей железной руды.
Затем экспедиция поднялась вверх по реке Чульче, притоку Чулышмана, и достигла одноименного озера. Пройдя далее, «я был полностью вознагражден, — отметил в записках П. А. Чихачев, — за все перенесенные лишения и труды, когда старый охотник-алтаец, сопровождавший меня, пальцем указал на истоки Абакана, одну из главных целей моей тяжелой миссии. У подошвы северного склона гигантской пирамиды лежит широкое плато, на котором мы увидели два небольших озера, раскинувшихся с северо-востока на юго-запад и соединенных тонкой струйкой воды. Стремясь исчерпывающим образом завершить многотрудные исследования истоков этой прекрасной реки, скромная колыбель которой была мною только что открыта, я теперь должен был изучить ее развитие. Предстояло пройти 350 километров по течению реки до устья ее в Енисее».
Были открыты истоки Большого Абакана, относящегося к бассейну Енисея. За истоками реки путешественники увидели юго-западную часть почти меридионального Абаканского хребта, которая «прячет от глаз Телецкое озеро», а на севере обнаружили истоки Малого Абакана, отделенного от Большого коротким хребтом Карлыган. Так было впервые проведено научное исследование Западного Саяна.
Но движению по долине Абакана препятствовали топкие болота и озера. Чихачев решил не поворачивать обратно, а продвигаться на юго-восток по компасу, чтобы выйти к Енисею и по нему спуститься к устью Абакана. Вот как описал художник Е. Е. Мейер дальнейший путь отряда:
«Мы шли по местам все хуже и хуже прежних, в которых не раз весь караван чуть было не погиб и которые изнурили нас донельзя. Наконец, после этой трехнедельной поездки, мы увидели опять землю сухую. Как радостно забилось сердце, когда мы увидели с гор зеленые луга, когда мы въехали в густой, ароматный лес, где нашли дорожку, по которой следовали. Множество цветов нас манило сойти с лошадей. С радостью спешили мы снять шубы, которые до тех пор почти не снимали. «Это земля Кемчик!» — сказали нам встретившиеся сайоты (местные жители). А как, однако ж, рады были мы этим людям, которые должны были спасти нас от несчастья — умереть с голода и холода или быть жертвами зверей. Не раз заблудившийся барс показывался здесь и оставлял страшные следы».