11 июля караван вышел в озерную котловину. Пржевальский установил, что Хуанхэ, образовавшись из ключей и речек в котловине Одонь-тала, вскоре проходит через два больших озера, сразу увеличиваясь в размерах. При обследовании озер было установлено, что каждое из них имеет около 130 верст в окружности, берега их гористы и довольно изрезаны, разделяются они перешейком шириной менее 10 верст. Вода пресная. Впервые были правильно определены местоположение озер и их конфигурация. Не зная местных названий, Пржевальский обозначил одно из озер, лежащее восточнее, озером Русским (оз. Орин-Нур), а лежащее западнее - озером Экспедиции (оз. Джарин-Нур).
Пребывание на Тибетском плато в районе истоков Хуанхэ было не только тяжело физически, но оказалось и опасным. Близ озера Джарин-Нур впервые были встречены тибетцы, которые расположились на ночлег верстах в двенадцати от лагеря Пржевальского. Думая, что это проходящий караван, Николай Михайлович не обратил на него особого внимания. Но на рассвете следующего дня вдруг послышался конский топот и часовой увидел большой отряд всадников, скакавших к лагерю. Другой отряд приближался с противоположной стороны. Это были разбойники, грабившие караваны. Путешественникам пришлось дважды отбивать их нападение. За военное отличие Пржевальский произвел всех солдат и казаков в унтер-офицеры и урядники.
Обследовав и нанеся на карту берега озер Орин-Нур и Джарин-Нур, отряд направился вдоль долины Хуанхэ к Цайдаму и в начале августа благополучно вернулся к своему складу на дворе Барун-Засака. Здесь караван две недели отдыхал и готовился к новому этапу путешествия.
Теперь было решено пройти по Южному Цайдаму и Восточному Туркестану вдоль подножия не исследованной еще западной части Куньлуня. Новый склад было намечено устроить в урочище Гас и в течение зимы исследовать окрестности, а весной переместиться на Лобнор.
В новый путь из Барун-Засака караван выступил 26 августа (7 сентября) 1884 г. Верстах в шестидесяти, на реке Номхон-Гол, экспедиции пришлось задержаться на 18 дней, так как верблюды заболели ящуром. Участники экспедиции использовали это время для ознакомления с ближайшими окрестностями, для сбора зоологических и ботанических коллекций, наблюдали осенний перелет птиц. К счастью, погода за все время вынужденной стоянки была отличная.
Покинув стоянку у Номхон-Гола, экспедиция тронулась в путь по солончаковой глинистой пустыне Южного Цайдама и 20 сентября прибыла в урочище Гас, расположенное в северо-западной части Цайдама. Минул год с начала путешествия. Со дня выхода из Кяхты пройдено 3980 верст караванного пути. Сделано было немало, имелись шансы на успех и в дальнейшей работе.
Урочище Гас представляло собой, как и почти весь остальной Цайдам, солончак, в северной части которого располагалось мелкое соленое озеро Гас. С севера и юга над озером вздымались горы. На севере это был Алтынтаг, на юге еще не исследованные Пржевальским цепи Куньлуня. Прежде чем отправиться в Куньлунь, был разведан путь на север - через Алтынтаг к Лобнору.
19 ноября, оставив на базе большую часть верблюдов, лошадей и баранов под охраной Иринчинова, шести казаков и переводчика Юсупова, остальные члены экспедиции отправились в зимний маршрут исследовать Куньлунь и Тибетское нагорье. По долине, названной Пржевальским из-за частых бурь Долиной ветров, караван направился к подножию гор. Затем по ущелью реки Зайсан-Сайту путешественники стали подниматься на северную окраину Тибетского нагорья.
От котловины Цайдам Тибетское плато отделяла мощная горная система Куньлуня. Только после маршрута Пржевальского со спутниками выяснилось, что в западной части Куньлунь, этот "позвоночный столб Азии", состоит из нескольких параллельных цепей, разделенных узкими межгорными долинами. При пересечении Куньлуня были открыты новые колоссальные хребты и горные озера. Поскольку эти хребты и озера не были нанесены на карты, Пржевальский дал им русские названия. Так появились на карте Центральной Азии хребет Московский с вершиной Кремль, хребет Загадочный, переименованный по решению Русского географического общества в хребет Пржевальского (другое название - Аркатаг). Высочайшую вершину этого хребта и одну из самых высоких во всем Куньлуне (7720 м) Пржевальский назвал Шапкой Мономаха (параллельное название - Чонг-Карлыктаг). Кроме того, Пржевальским были открыты, названы и нанесены на карту хребты Цайдамский (Каякдыгтаг) и Колумба, а на плато между хребтами Колумба и Пржевальского - озеро Незамерзающее (на современных картах - Аяккумкель), оказавшееся не покрытым льдом, несмотря на установившиеся морозы.
Зимний маршрут на Тибетское нагорье потребовал большого напряжения физических сил. Из-за разреженного воздуха трудно было дышать, быстро наступала усталость. Однако сознание долга, стремление к познанию нового помогали ее преодолеть и продолжать изучение района, никем еще из европейцев не посещавшегося.