Чекановский и Миллер покинули Иркутск 25 декабря 1873 года с двумя проводниками-эвенками и тронулись прежней дорогой в направлении Ербочагена. Там нужно было ожидать караван тунгусов, которые на оленьих упряжках перевезут их к озерам Сюрунгна и Яконгна.
В путевом дневнике Чекановского мы часто находим теплые отзывы о тунгусах, которые появились в Сибири в середине XVII века, перекочевав сюда из Маньчжурии.
15 февраля Чекановский двинулся к озерам, из которых берет начало водная система Хатанги и Оленёка. Путешествие длилось два месяца, и, наконец, в апреле экспедиция достигла берегов Сюрунгны (Вилюя).
После нескольких недель исследования берегов озера Яконгна, 6 июня 1874 года, экспедиция достигла довольно значительной реки. Чекановский, решив, что это Оленек, в июне на построенном на месте карбасе начал сплав, но встретившийся ему в тот же день тунгус объяснил, что это Мойеро (приток Котуя), а Оленек находится к северо-востоку. Чекановский собрал расспросные сведения о Котуе и верховьях Мойеро, об области "значительных озерных систем..." и нанес эти - сильно преувеличенные - данные на карту. Так родилась легенда о великих озерах в бассейне реки Котуя, просуществовавшая до Хатангской экспедиции 1905 года. (По новейшим данным, крупнейшее озеро в этом регионе - Ессей, около 238 квадратных километров.)
С Мойеро через невысокий водораздел Чекановский перешел на Оленек, примерно в 150 километрах ниже истока, и на плоту в июле начал сплав по реке. Путешествие было трудным: мешали мели, пороги, а в конце - сильный встречный ветер. Чекановский установил, что по Оленёку нет высоких гор.
Наступившие в конце сентября холода помешали дальнейшему сплаву по Оленёку, и экспедиция двинулась к устью уже зимним путем на оленях: сначала - по той же возвышенности, а севернее - по плоской и низменной приморской тундре (часть Северо-сибирской низменности). Иными словами, Чекановский завершил пересечение Среднесибирского плоскогорья в северо-восточном направлении, добравшись к устью Оленёка в начале ноября. По его определению, длина реки составляет около 2350 километров (по последним данным - 2292 километра). Ф. Миллер впервые провел сравнительно регулярные измерения высот Восточной Сибири.
Чекановский поднялся по одному из правых притоков Оленёка и через невысокий плоский Оленёкско-Ленский водораздел перешел в бассейн Лены и спустился по ней до селения Булун. Отсюда мимо северного отрога Верхоянского хребта (Хараулахский хребет) он обычным путем - через Верхоянск и Якутск - проехал в Иркутск (5 января 1875 года), охватив огромным кольцевым маршрутом восточную половину Средней Сибири.
Организовывая свою третью сибирскую экспедицию, Чекановский намеревался
Если две предыдущие экспедиции были финансированы Академией наук в Петербурге, то эта последняя была снаряжена на собственные денежные средства Чекановского. Его спутником в этом семимесячном странствии по якутскому краю оказался Зигмунт Венгловский, тоже ссыльный, бывший студент философии Киевского университета. Оба исследователя 1 июля 1875 года доплыли на лодке до Якутска, где перегрузили багаж экспедиции на баржу. Чекановский рассчитывал перед наступлением зимы успеть провести геологические исследования берегов реки Лены.
Однако короткое и ненастное лето сорвало планы экспедиции.
Чекановский провел с баржи исследование берегов Лены от Якутска до Булуна: на протяжении примерно 1200 километров описал берега реки и правильно нанес ее на карту. Пройдя ниже Булуна к устью реки Эекита, он поднялся по этому левому притоку Лены до истока, вторично пересек Оленёкско-Ленский водораздел севернее своего прошлогоднего маршрута и по долине реки Келимяр спустился к Оленёку.
