Экспедиция началась с весны 1841 г. исследованием Прибалтийского края. Затем экспедиция через Петербург и Москву направилась к Казани и Нижнему Новгороду. Обследовав район Пермской губернии, экспедиция достигла Урала. Здесь ученые разделились на две части: одни обследовали азиатское, а другие — европейское подножие хребта. Мурчисон и Вернейль осмотрели южную и центральную часть обширной площади к западу от Оренбурга, содержащую медно-песчаные руды. Изучив возможно тщательно встречавшиеся на этом пространстве отложения, Мурчисон нашел, что осадки эти невозможно отнести ни к одной из установленных ранее систем, и предложил назвать вновь установленную систему — пермской.
Пока Мурчисон и Вернейль занимались исследованием пермской системы к западу от Оренбурга, Кейзерлинг самостоятельно объехал киргизские степи между Оренбургом и Астраханью. Здесь он обследовал две отдельно стоящие горы Богдо, издавна привлекавшие внимание естествоиспытателей, но еще мало и неточно описанные.
Северный отряд экспедиции обследовал между тем каменноугольные, юрские и меловые отложения по берегам Волги — от Самары до Сарепты. После этого экспедиция осмотрела степь между Волгою и Манычем, устье Дона и берега Азовского моря и целый месяц исследовала Донецкий каменноугольный бассейн.
Надо заметить, что эта экспедиция была обставлена превосходно в материальном отношении. Благодаря предписаниям правительства, местные власти всюду оказывали ей свое содействие людьми и транспортом. Заметим, что в то время еще не было железных дорог, и все разъезды совершались на лошадях или водным путем — на парусах и на веслах.
Помогали успеху дела и особенности русского народного характера, о которых с удивлением упоминает Мурчисон в своем описании этого путешествия: «Обращаясь к отличительной черте русского народного характера — твердой воле, не знающей никаких преград, мы обязаны упомянуть, что на все нетерпеливые возгласы путешественников: „вперед“ мы получали всегда один и тот же веселый ответ: „можно“. Посреди такого народа исчезает и самая мысль о невозможностях и затруднениях. Если встречался сломанный мост, тотчас же на его месте появлялся новый, будто выстроенный чудом. Было ли русло какого-либо потока маловодно, он чудом превращался в судоходную реку. В мелководье крестьяне перетаскивали лодки волоком, оживляя тяжкий труд громкими песнями. Стояла ли сухая погода или мокрая, знойная или холодная, мы никогда не слыхали ропота, и „можно“ было единственным ответом этих необыкновенных людей».
На обработку результатов этой экспедиции, в чем Кейзерлинг принимал деятельное участие, ушло несколько лет. В 1842 г. он ездил для этой цели во Францию и в Англию и по возвращении в Россию пожертвовал свою обширную палеонтологическую коллекцию в музей Горного института. В 1845 г. вышло в Лондоне объемистое двухтомное описание этого знаменитого путешествия. В 1849 г. этот труд появился и на русском языке в переводе горного инженера Александра Озерского под заглавием: «Геологическое описание Европейской России и хребта Уральского, на основании наблюдений, произведенных Р. И. Мурчисоном, Э. Вернейлем и А. Кейзерлингом».
Во второй том перевода Озерского вошло описание Тиманского горного хребта, изученного Кейзерлингом во время его путешествия в Печерский край. Это путешествие он предпринял в 1843 г., использовав при этом опыт, который он получил в результате участия в экспедициях Мурчисона. Описание этого безлюдного, необитаемого края Кейзерлинг издал в 1846 г. и получил за него от Академии наук полную Демидовскую премию.
Кейзерлинг принадлежал к тому поколению старых натуралистов, которые еще могли заниматься одновременно несколькими отраслями естественных наук. Основной специальностью Кейзерлинга была геология и палеонтология, но он занимался, в сотрудничестве с Блазиусом, также зоологическими работами. Под конец жизни он заинтересовался систематикой папоротников и выпустил в 1875 г. специальную монографию.
Кейзерлинг поддерживал дружеские связи со многими крупными натуралистами Европы. Он пользовался большим авторитетом среди английских и французских геологов. Дарвин относился к Кейзерлингу с большим уважением и прислал ему, по выходе в свет, первое издание своего сочинения «Происхождение видов». Из русских ученых Кейзерлинг был наиболее близок с Карлом Бэром и считал себя его единомышленником в науке.
В 1887 г. был торжественно отпразднован 50-летний юбилей научной деятельности Кейзерлинга, в котором приняли участие почти все русские научные общества и учреждения.
Кейзерлинг скончался 8 мая 1891 г., 76 лет от роду, в Эстонии.
Перейдем теперь к рассмотрению статьи Кейзерлинга об эволюции, которую отметил Дарвин. Называется она «Заметка о последовательном появлении организованных существ» (Note sur la succession des êtres organisés. — Bull, de la Soc. Géologique en France, T.X, 1852–1853, стр. 355–358).