«За Горюном местность начинает становиться еще гористее, волны в Амуре делаются круче; мы проезжаем большой хребет Сихотэ-Алинь, через который прорвался Амур… Хребет имеет характер чрезвычайно дикий, на вершинах его и лес почти пропадает — только мох и жалкая трава; на горах, в лощинах лежит еще снег (30 июня); небо хмурится, по вершинам гор ползут облака, нас обдает мелким, петербургским, осенним дождем. В такой дикой местности, посреди лиственничных болотистых лесов, на расчищенных полянах. деревни».
В июле — августе 1864 года небольшая группа Кропоткина на пароходике поднялась вверх по реке Сунгари от устья до города Гирин. Были подробно исследованы речные берега, их геология, растительность и население, впервые составлена великолепная карта реки.
За исследования, проведенные при путешествии через Большой Хинган и во время Сунгарийской экспедиции, П. А. Кропоткину была присуждена Малая золотая медаль РГО.
В мае — июне 1865 года Кропоткин по заданию Сибирского отдела РГО совершил путешествие в Восточные Саяны на реку Оку, левый приток Ангары. Путь туда был нелегким. Пришлось преодолевать горные перевалы и переправляться через реки. Экспедиция побывала в Ниловой Пустыне, знаменитой своими минеральными источниками (сейчас там курорт Арашан), прошла в верховья реки Иркута. Перевалив водораздел Иркута и Оки — хребет Нуху-Дабан, Кропоткин прошел в долину Оки, где побывал на графитовых рудниках, затем через гольцы в верховьях реки Сороки добрался до Окинского пограничного караула. Он выяснил, что рассказы о грандиозных водопадах на Оке, где вода будто бы низвергалась с высоты более 200 метров, оказались ложными. Самый большой из водопадов имел высоту примерно 20 метров. Исследователь поднялся по притоку Оки — Джанбулаку и замкнул экспедиционный маршрут, направившись от почтовой станции Зима (теперь город Зима), расположенной в месте впадения реки Зимы в Оку, на юго-восток к Иркутску. Эта экспедиция оставила заметный след в истории исследований Сибири. В отчете была дана характеристика горных цепей, включая результаты барометрического определения высот, сведения по гидрологии и геологии, по климату в котловинах, речных долинах и на окружающих горах, по этнографии, экономике и археологии. Было собрано около 200 образцов горных пород.
Впоследствии Кропоткин вспоминал: «Здесь у меня прибавилось еще несколько новых данных для построения схемы орографии Сибири, и я также нашел другую важную вулканическую область на границе Китая, к югу от Окинского караула». Кратер потухшего сравнительно молодого вулкана, открытого им, был назван позже вулканом Кропоткина.
В 1866 году Сибирский отдел РГО предложил Кропоткину возглавить экспедицию для поиска прямого пути из Забайкалья на золотые прииски, расположенные в междуречье Витима и Олёкмы (обе реки — правые притоки Лены). В течение нескольких лет экспедиции, снаряжавшиеся ленскими золотопромышленниками и сибирскими властями, пытались безуспешно пробиться сквозь параллельные ряды каменных хребтов, отделяющих золотые прииски от Забайкалья. И вот Кропоткин предпринял новое путешествие. Тогда-то и была использована карта на бересте, сделанная тунгусом.
В состав экспедиционного отряда входили молодой зоолог И. С. Поляков (ему же поручили ботанические сборы) и топограф В. И. Машинский. Сам Петр Алексеевич намеревался уделить внимание «геогностическим исследованиям», то есть определению строения гор и характера рельефа по маршруту следования отряда.
Кропоткин выехал из Иркутска 9 мая 1866 года, и на следующий день вся группа собралась на берегу Лены в селе Качуг, а еще через два дня поплыла вниз по Лене в большой плоскодонной лодке-паузке, начав исследования берегов реки. Собирали геологические образцы, знакомились с жизнью и хозяйственной деятельностью как русских крестьян в прибрежных селах, так и бурят и эвенков. К пристани Крестовской ниже устья Витима прибыли 30 мая. Пройдя около 300 верст по приисковой тропе, добрались до Тихоно-Задонского прииска на реке Ныгри, где предстояло снаряжение большого каравана для следования на юг. На этом пути Кропоткин открыл высокое нагорье, расположенное на высоте до 1 200 метров над уровнем моря, которое назвал Патомским — по реке Большой Патом (приток Лены), обтекающей его с трех сторон. Труден был путь каравана до прииска в верховьях реки Жуй (бассейн реки Олёкмы, у 58° северной широты). В отчете об экспедиции, названной Олёкминско-Витимской, руководитель писал:
«Глухая молчаливая тайга, альпийская горная страна с ее северным колоритом, с ее бешено ревущими реками, блестящими гольцами, глухими темными падями и ослепительными наледями мало-помалу проносилась перед глазами. Рано утром уже звонко раздавались в тайге десятки крупных и мелких колокольчиков, которыми обвешана каждая коренастая бойкая якутская лошаденка».