Нелегок был путь Северцова к Тянь Шаню. Ему, человеку невоенному по своему складу, приходилось участвовать в сражениях, выполнять роль парламентера. Но он готов был на все, чтобы проникнуть в тайны природы, никем еще не раскрытые.

Результаты деятельности Северцова необычайно велики. В Каратау он исследовал природу гор, открыл месторождения угля, свинца и железа. Потом направился к Иссык Кулю и поднялся на высокое плоскогорье Центрального Тянь Шаня. С южного берега озера, по ущелью реки Барскаун, прошел к истокам Нарына и подробно изучил растительный и животный мир на «плоской крыше Тянь Шаня». Множество новых видов удалось открыть, выяснить закономерности их возникновения и условия существования. Но главное – он впервые представлял весь Тянь Шань как единую систему гор. Северцов предложил назвать Тянь Шанем огромную горную страну, раскинувшуюся от Балхаша до Ферганы, а за хребтом, открытым Семеновым, сохранить его киргизско казахское название – Терскей Алатау. За стеной Терскея он обнаружил сложную систему хребтов, между которыми pm положились широкие долины, а в грандиозных «горных узлах» сформировались мощные центры оледенения.

Н. А. Северцов первым стал изучать формы рельефа, созданные ледниками, которые в прошлые эпохи распространились значительно больше, чем в настоящее время. За работу «О следах ледникового периода на Тянь Шане» Парижский географический конгресс наградил его золотой медалью.

На Тянь Шане Северцов был географом, геологом, гляциологом, зоологом, ботаником и художником. Его книги, коллекции, рисунки по сей день служат науке.

Казах Чокан Валиханов, внук степного властелина Аблая, встал в ряд исследователей природы Тянь Шаня с напутствием П. П. Семенова. Молодому офицеру поручил Семенов от имени Русского географического общества продолжать исследования на Тянь Шане. Это был человек глубокого и пытливого ума, поэт и ученый.

Валиханов получил задание от русского правительства проникнуть в Кашгар для «получения на месте достоверных сведений о положении тамошнего края, а также исследования торговых путей в этой части Средней Азии». Через перевалы трех хребтов прошел Валиханов и составил подробное описание природы высоких плоскогорий в среднем течении Нарына. Он обратил внимание на смену природных зон с поднятием в  горы, составил первую схему распределения животных по вертикальным природным поясам, которую впоследствии так блестяще развил Н. А. Северцов. Из Кашгара он привез в Верный известие о трагической судьбе Адольфа Шлагинтвейта, шедшего навстречу Семенову из за Гималаев, – он был казнен, как иностранец. Среди результатов похода Валиханова – ценнейший материал по этнографии Тянь Шаня.

Эта экспедиция, много давшая науке, была единственной– талант Чокана Валиханова не успел по настоящему раскрыться, он умер рано, тридцати трех лет…

Среди первых исследователей Центрального Тянь Шаня был и барон Александр фон Каульбарс, член учредитель Среднеазиатского отдела Русского географического общества. Большую и богатую событиями жизнь прожил барон Каульбарс, но – что делать! – память потомков сохранила лишь четыре года его жизни, проведенные в Тянь Шане.

В 1869 году Каульбарс осуществил большую экспедицию в еще никем не посещенные до него районы Тянь Шаня. Географическое общество присудило ему за результаты экспедиции малую золотую медаль. Каульбарс нанес на карту хребты Сарыджаз и Кокшаал Тау, открыл и исследовал истоки Нарына на западе Акшийрака. Главы книги – отчета о путешествии он называет просто: «Горы», «Реки», «Леса», «Ледники»… Он исследует природу Центрального Тянь Шаня по отдельным элементам ландшафта, отмечая те, которые считал главными, определяющими.

Каульбарса занимала проблема «есть ли Нарын действительно вершина Сырдарьи»? Он впервые спустился вниз от истоков реки и открыл, что «в Нарыне масса воды настолько значительна, что делает его достойным быть верховьем нашей великой степной реки».