Проводив в последний путь незабвенного учителя, Козлов и Роборовский начали хлопотать в РГО о продолжении экспедиции. Совет РГО поддержал спутников Пржевальского и постановил обсудить этот вопрос с Главным штабом[46]
. Новый, сокращенный план экспедиции 10 декабря 1888 г. по представлении Военного министра утвердил Александр III[47]. Ее главной целью стало исследование горной системы Куньлунь от р. Юрункаш до меридиана озера Лобнор и Северного Тибета («прилежащей к нему [Лобнору] на юге полосы Тибетского нагорья приблизительно до параллели 35°»). Руководство экспедиции было поручено полковнику (с 1891 г. – генерал-майору) Главного штаба Михаилу Васильевичу Певцову (1843–1902)[48]. К этому времени он уже имел опыт по изучению отдельных районов Центральной Азии: в 1876 и 1878–1879 гг. возглавляя охрану торговых караванов, Певцов дал географическое описание территорий по маршруту их следования – Джунгарии (1876) и Западной Монголии и Северного Китая (1878–1879)[49]. Кроме того, в 1883 г. Певцов участвовал в установлении («в натуре») государственный границы с Китаем к востоку от озера Зайсан. Роборовский и Козлов были назначены его старшими помощниками. Совет РГО со своей стороны командировал в экспедицию геолога К. И. Богдановича (1864–1947)[50].Тибетская экспедиция под руководством Певцова 14 мая 1889 г. выступила из Каракола и через уже знакомый перевал Бед ель вступила в Кашгарию, которую пересекла от Тянь-Шаня через Яркенд и обследовала северные отроги Куньлуня. Зиму 1899–1900 г. путешественники провели в оазисе Ния, где была установлена первая метеорологическая станция в глубине Центральной Азии. Отсюда в апреле 1900 г. Певцов приступил к изучению северных пределов Тибетского нагорья. Эти работы продолжались до октября. На обратном пути участники экспедиции обогнули с востока пустыню Такла-Макан, пересекли Восточный Тянь-Шань и Джунгарию по дороге от Урумчи к Зайсану, куда прибыли в начале января 1891 г.
В ходе проведенных работ была исследована и нанесена на карту горная система Куньлунь, уточнены сведения о размерах и положении озера Лобнор, обследован оазис Токсун в Турфане, где была выявлена депрессия ниже уровня моря (130 м)[51]
, проведены сборы геологических образцов по маршруту и собраны богатые зоологические и ботанические коллекции[52].Тибетская экспедиция Певцова прошла с маршрутно-глазомерной съемкой около 11000 км. Из них 5000 км составили боковые экскурсии Козлова, Роборовского, Богдановича. Козлов совершил четыре самостоятельные поездки. Первую, самую длительную (с 18 июля по 1 сентября 1889 г.), он сделал вместе с препаратором в долину верхнего течения реки Халастан. Здесь, в урочище Дове, расположенном на высоте 4000 м над уровнем моря, они собрали интересную зоологическую коллекцию и географические сведения об этой местности. Описания двух других экскурсий – на реку Кончедарья и озеро Баграшкуль (Баграшкёль), вошли в общий отчет Тибетской экспедиции как авторская работа Козлова[53]
.В этой экспедиции Козлов, как и в предыдущем путешествии с Пржевальским, отвечал за сбор зоологических коллекций. Во многом его стараниями в Петербург были доставлены 60 видов млекопитающих, 220 видов птиц (1200 экземпляров), 11 видов рыб (100 экземпляров), 20 видов пресмыкающихся и земноводных (80 экземпляров), 200 видов насекомых[54]
. Результаты своих зоогеографических наблюдений он изложил в статье «Географическое распределение млекопитающих и птиц в местностях, исследованных Тибетской экспедицией М.В. Певцова», опубликованной в «Ежегоднике Зоологического музея» за 1899 г.[55]Совет РГО высоко оценил первые успехи начинающего исследователя природы Центральной Азии. По представлении вице-президента РГО П. П. Семенова-Тян-Шанского, секретаря Общества А. В. Григорьева и Роборовского 14 мая 1891 г. Козлов был избран действительным членом РГО[56]
, all января 1892 г. Совет РГО удостоил его вместе с Роборовским и Богдановичем своей только что утвержденной награды – серебряной медали имени Н. М. Пржевальского[57]. Кроме того, ему был высочайше пожалован орден Св. Анны 3-й степени и пожизненная пенсия в 150 руб.[58] Военное ведомство отметило участие Козлова в Тибетской экспедиции производством его в поручики (1 сентября 1891 г.).