Семь астрономов и математиков, пять естествоиспытателей и несколько студентов должны были всесторонне исследовать эту громадную страну. В течение шести лет Паллас не щадя сил занимался изучением ряда областей. Он побывал в Оренбурге, на берегу Яика (Урала), куда стекались кочевники, бродящие на солончаковых берегах Каспийского моря, в Гурьеве, расположенном на берегу этого моря, или, вернее, большого озера, с каждым годом усыхающего. Затем он исследовал Уральские горы и многочисленные железные рудники, в них находившиеся. Он был в Тобольске, столице Сибири, работал на северных склонах Алтая, в Красноярске на Енисее, на озере Байкал и в Даурии, примыкающей к границам Китая. После этого Паллас направился в Астрахань, оттуда на Кавказ с его исключительно интересным разноплеменным населением, наконец на Дон и 30 июля 1774 года вернулся в Петербург.
Не следует думать, что Паллас обычный путешественник. Он ездит не только как естествоиспытатель. Он человек, и все касающееся человечества ему не чуждо. География, история, политика, торговля, религия, искусство, науки — все его интересует. Читая его отчет о путешествии, приходится только удивляться разнообразию его знаний, отдавать должное его просвещенному патриотизму и признать проницательность императрицы, сумевшей привлечь в свою страну такого крупного ученого.
После того как материалы были приведены в порядок, отчет написан и опубликован,,78 Паллас и не думает почивать на лаврах и упиваться фимиамом зарождающейся славы. Для него труд является лучшим отдыхом, и он принимает участие в работах по составлению карты России. Вскоре постоянно увлекающийся характер заставляет его специально заняться ботаникой, и исследования в этой области ставят его на одно из первых мест среди русских естествоиспытателей.