В городе Курла произошло свидание с Якуб-беком, называвшим себя Бадуаденом (Счастливым). Он владел тогда всем Восточным Туркестаном. Но положительного результата встреча не дала: русских задержали в Курле, не пуская в Тибет.

Снова поднявшись на Юлдус, Пржевальский перевалил через хребет Нарат, оказавшись в верховьях реки Цагма, где было тепло и влажно: почти каждый день шли дожди. Собрав гербарий высокогорных трав, Николай Михайлович вернулся в Кульджу, где находился до середины августа, работая над отчётом о состоявшейся, несмотря на множество препятствий и трудностей, Лобнорской экспедиции. В коллекции было 500 экземпляров птиц, 25 крупных млекопитающих, в том числе три шкуры диких верблюдов, больше 2000 насекомых и пресмыкающихся. Оставлять коллекцию в Кульдже было опасно, и Пржевальский запросил казачьего урядника, под надзором которого можно было бы отправить ценный научный груз в столицу.

Озеро Лобнор, расположенное в восточной части Таримской котловины, издавна славилось своим непостоянством: от года к году и по сезонам менялись его размеры, очертания, глубина, солёность. Всё зависело от блужданий впадающих в него рек Тарима и Кончедарьи. Пржевальский зафиксировал местоположение озера и описал его особенности. Через 20 лет посетивший озеро швед Свен Гедин увидел его в новом качестве. А по последним данным, озеро Лобнор высохло и вообще перестало существовать. Близ него находится теперь китайский ядерный полигон.

От Лобнора, где он оставил караван, Пржевальский налегке с четырьмя спутниками поднялся на Тибетское плоскогорье. В условиях высокогорной зимы при недостатке топлива и воды небольшой отряд прошёл за 40 дней более 500 км. Там, где на 39° с. ш. на карте изображена была равнина, он открыл разделяющий две котловины — Таримскую и Цайдамскую — громадный хребет Алтынтаг. Этот хребет обозначил северную границу Тибета. И она оказалась на 300 км севернее, чем считали раньше.

Новый, 1878 год встречали в горах Алтынтага, а вслед за тем, 15 января, отметил Николай Михайлович десятилетие, как он говорил, своей «страннической жизни». Ровно 10 лет назад выехал он из Варшавы, где преподавал в юнкерском училище, в первое своё путешествие, в Уссурийский край, на Дальний Восток. Именно в этот день произошла встреча в горах Алтынтага с диким верблюдом: о нём много рассказывали местные жители, но никто из европейцев его ещё не видел.

Новая попытка проникнуть в Тибет оказалась безуспешной — пришлось вернуться из-за мучительной болезни, возникшей у Пржевальского и некоторых его спутников, — постоянное соприкосновение с солёной пылью вызвало сильный зуд кожи. Надо было возвращаться для лечения.

Лечение в Зайсане было длительным. Врачи не разрешали продолжать экспедицию, но Николай Михайлович всё же вышел из Зайсана 19 марта в 8 часов утра с караваном и начал обычную экспедиционную работу. Но на шестой день пути караван нагнал нарочный из Зайсана, привёзший письмо, в котором сообщалось о смерти матери Пржевальского. Ко всем неудачам третьей экспедиции прибавилось большое горе. В дневнике появились горькие слова: «...жажда деятельности и заветное стремление к исследованию неведомых стран... отрывали меня от родного края... Бросалось многое, но самою тяжёлою минутою всегда для меня было расставание с матерью. Её слёзы и последний поцелуй ещё долго жгли моё сердце...»

Путешествие, по протяжённости самое короткое из всех, совершенных Пржевальским (всего 4 тысячи километров), было прервано. Его сам он считал неудачным. Но на самом деле были получены важнейшие результаты: открыто и исследовано загадочное озеро Лобнор, оказавшееся «блуждающим», изучен ограждающий Тибет с севера хребет шестикилометровой высоты Алтынтаг, выполнены съёмки Таримской и Цайдамской котловин, обе стороны хребта.