Иссык-Куль вытянут с запада на восток. Он напоминает по форме миндаль. От тридцати до шестидесяти километров — ширина, сто семьдесят семь километров — длина, до семисот метров — глубина.

Среди внутренних водоёмов только Байкал и Каспийское море глубже. И хотя площадь озера сравнительно невелика, объем воды в нём приближается к двум тысячам кубических километров. Водная поверхность зимой не замерзает. Лишь некоторые мелкие заливы покрываются ледяной коркой. Необыкновенна прозрачность Иссык-Куля, потому что его наполняет чистейшая вода ледниковых речек.

Снова встретился Северцов с Иссык-Кулем в следующем году, а затем в 1867-м, когда состоялась самая значительная его Тянь-Шаньская экспедиция. Пройдя по южному берегу озера немного на восток, отряд повернул в ущелье реки Барскаун и поднялся по нему к перевалу, за которым раскинулась равнина сырта, того самого, что впервые обнаружил в центре Тянь-Шаня Пётр Петрович Семёнов. На высоте четырёх километров раскинулась плоская, местами заболоченная равнина, на которой едва заметным ручейком вытекала из болота великая Сырдарья, называемая сначала Нарыном. Открылся, как писал Северцов, «обширный великолепный вид на сырты: гряда за грядой поднимались на нём покрытые пожелтевшим дёрном холмы, как волны моря. Подобно пене на волнах, блестели на них полосы снега. Широкой дугой замыкали горизонт с востока, юга и запада зубчатые хребты, покрытые уже сплошным снегом».

Северцов поднялся на сырты сквозь арктическую метель, а когда она прошла, увидел, что его спутники убили... белого медведя. Это был особый вид медведя, близкий к гималайскому, хотя и с буроватой, но светлой длинной шерстью. Когти не чёрные, а белые, на передних лапах вдвое длиннее, чем на задних. Этого родственника полярного мишки люди застали за следующим занятием: он разрывал норы сурков, вытаскивал зверьков «на свет божий», перегрызал им затылки, складывал тушки в кучу, а потом садился и поедал. Остатки от обеда закапывал впрок. Была осень — время, когда сурки уже готовились к зимней спячке.

Северцов же радовался добытому на сыртах снежному грифу-кумаю, которого он зарисовал и подробно описал. Гигантская горная птица привела его в восторг: размах крыльев Достигал почти трёх метров!

Результатом этого похода для Северцова явились первые страницы книги «Путешествия по Туркестанскому краю и исследование горной страны Тянь-Шань», которая была завершена после трёхлетней работы и вышла в свет в 1873 году. В книге впервые были подробно описаны гигантские горные хребты Тянь-Шаня, широкие впадины и долины, их разделяющие, высокогорные озёра Иссык-Куль и Чатыр-Куль, реки Чу, Нарын... Северцов проник на высокогорное плоскогорье Тянь-Шаньских сыртов, к истокам великой среднеазиатской реки Сырдарьи, и в ясную погоду увидел величественный ледяной массив Хан-Тенгри. Он подтвердил выводы Семёнова о былом мощном оледенении Тянь-Шаня, побывал на нескольких современных ледниках.

Книга вскоре была переведена на немецкий язык и произвела большое впечатление в Европе. Северцов высказал в ней свой взгляд на природу Тянь-Шаня. Первооткрыватель Тянь-Шаня П.П. Семёнов это название отнёс только к могучему хребту, протянувшемуся вдоль южного берега Иссык-Куля. Северцов же дал хребту казахское имя — Терскей-Алатау, а Тянь-Шанем предложил называть всю горную страну, простирающуюся от Балхаша до Ферганы.

Когда Северцов поднялся в снежную, совсем как на севере, бурю по ущелью реки Барскаун на «крышу» сыртов, то записал в дневнике: «Метель была забыта на радостях, что наконец-то ночую за тем самым хребтом Болгар, или Суёк, на который с Зауки и Барскауна только смотрели Семёнов и Проценко и где не было европейской ноги».