В мае 1843 года на Боганиде к Миддендорфу присоединился Ваганов. Пройдя отсюда по Большой низовой тундре к северу, они в июле достигли реки Верхней Таймыры, то есть пересекли с юга на север Северо-Сибирскую низменность и положили начало ее исследованию. Миддендорф открыл на ней цепь высот вытянутых в северо-восточном направлении и ограниченных с юга речной областью Таймыра; он назвал их "Шайтан" (на наших картах Камень-Хэрбэй и отдельные безымянные возвышенности).
Почти весь июль Миддендорф потратил на разъезды по Верхней Таймыре до озера Таймыр. Для исследования реки и перевозки снаряжения, при этом он установил, что левый берег Таймырской долины с севера ограничивается скалистыми горами. Миддендорф назвал их Бырранга. Спустившись на лодке по реке до озера Таймыр, Миддендорф пересек его и достиг истока Нижней Таймыры. Отсюда через ущелье в горах Бырранга он прошел по реке до Таймырской губы Карского моря (в конце августа 1843 года). На Нижней Таймыре он обнаружил скелет мамонта. Тем же путем экспедиция вернулась к озеру Таймыр, которое уже начало покрываться льдом. Лишенные средств передвижения из-за наступления зимы, спутники Миддендорфа пешком отправились отыскивать "оленных тунгусов", а он сам в полном одиночестве провел восемнадцать дней на берегу Таймырского озера. Эти восемнадцать дней, на которые он, больной, обрек себя ради спасения экспедиции, явились самым серьезным испытанием его мужества, самообладания и выносливости. Мы узнаем об этом подвиге из донесения Академии наук:
Это событие можно считать беспримерным в летописях путешествий. К счастью, Миддендорф нашел себе некоторую защиту за сугробами снега, нанесенного ветром, а в последние дни, когда в равнине свирепствовал жестокий ураган, оставался совершенно погребенным в снегу - и этому-то обстоятельству он, вероятно, обязан своим сохранением.
Миддендорфа спасли Ваганов и два ненца.
Едва оправившись (в Коренном-Филипповском) от последствий болезни и истощения, Миддендорф пускается в обратный путь через Пясину и Туруханск к Красноярску.
18 февраля 1844 года экспедиция прибыла в Якутск. Здесь Миддендорф некоторое время изучал вечную мерзлоту в колодцах и скважинах, заложив тем самым основы мерзлотоведения.
Одновременно ученый серьезно готовился к походу к берегам Охотского моря до Шантар включительно. Маршрут этот был согласован с Академией. Но в Академии не знали, что неутомимый путешественник задумал посетить и область Нижнего Амура.
Предполагалось, что плавание по Охотскому морю вдоль побережья и к Шан-тарским островам он совершит на морском вельботе, который ему должны были предоставить в Охотске. Находясь в Якутске, Миддендорф запросил о вельботе Охотск, но получил