Чекановский организовал отряд, состоящий из 20 оленей и пяти проводников.
Экспедиция продвигалась, пересекая то горы и бассейны многочисленных рек, то гигантские просторы каменистой тундры, покрытой лишь лишайниками и трудной для передвижения не только людей, но и оленей. Форсированные переходы продолжались девятнадцать дней, пока исследователи не вышли к берегам Оленёка выше устья реки Келимяра (Карбалаган).
От Келимяра Чекановский проследил течение Оленёка до устья, где посетил могилы Прончищевых, безрезультатно искавших в XVII веке северо-восточный проход, который соединил бы Европу с Дальним Востоком. 26 августа с вершины горы Каранчат они увидели океан.
Спустя два дня, по долине реки Бычар они отправились в сторону Крестового мыса, намереваясь еще в одном месте выйти к берегам моря.
18 сентября экспедиция уже находится в Булуне, и оттуда начинается длинная и полная опасностей трасса. Благополучно перебрались через уже замерзшую Лену и на нартах, запряженных оленями, доехали до Верхоянска, откуда через заснеженные горы и обледеневшую тундру 20 декабря 1875 года вышли к Иркутску.
В течение 7 месяцев они проделали свыше 11 тысяч километров, привезя с собой многочисленные топографические съемки, описание пройденной трассы и 1500 палеонтологических экспонатов.
Так закончились три экспедиции Чекановского, зоологические результаты которых член Академии наук Шмидт признал
В течение трех лет Чекановский проделал 25 тысяч километров, а собранные с участием его товарищей Ксенжопольского и Венгловского коллекции насчитывали 18 тысяч экспонатов. Этот одаренный необычайной энергией ученый оставил очень подробное геологическое описание исследованных районов, обработал тунгусский словарь, описал экономическое состояние и условия жизни населения, а также дал представление о географии огромных пространств, раскинувшихся от границ Монголии до берегов Северного Ледовитого океана.
Достижения Чекановского, особенно в области исследования геологического строения Сибири, имели громадное значение для науки.
В конце 1875 года, после одиннадцати лет ссылки, Чекановский, наконец, дождался амнистии, а вместе с ней приглашения в тогдашнюю столицу России и назначения научным сотрудником Петербургской Академии наук. Поэтому шумно и весело он отпраздновал Новый год в Иркутске, пригласив на это прощальное торжество многочисленных друзей.
В Петербурге его уже ждал избавитель от падунской каторги Фридрих Шмидт. Чекановский становится хранителем минералогического музея. Он получает просторный и хорошо оборудованный научными пособиями рабочий кабинет и нескольких научных сотрудников, которые должны ему помогать в геологических и картографических работах.
Летом 1876 года он сумел обработать две карты: бассейна Ангары и Подкаменной Тунгуски, а также Лены вниз от Якутска до Булуна вместе с рекой Яной. В то же время он исследует привезенные из последней экспедиции окаменелости, выезжает в Стокгольм, чтобы сравнить свои коллекции с экспонатами, привезенными шведскими учеными со Шпицбергена, а после возвращения представляет Академии наук проект новой научной экспедиции, в которой ставит своей целью исследовать в геологическом отношении все большие сибирские реки на территории между Енисеем, Леной, Анабаром, Хатангой и Пясиной.
Эта задуманная со свойственным ему размахом экспедиция могла принести русской науке серьезные достижения в области ознакомления с огромной частью северной Сибири. Однако снаряжение экспедиции требовало больших средств, и в связи с этим проект Чекановского встретил возражения со стороны нескольких членов Президиума Академии.
Столь неожиданный удар был для Чекановского, мечтавшего о новых путешествиях, потрясением. Наступило резкое обострение нервной болезни. Сильное расстройство довело его до мании преследования. Он хотел бежать из Петербурга. Ему казалось, что он окружен врагами, покушающимися на его жизнь.
