Путешественник не ограничивает своих работ зоологическими и зоогеогра-фическими исследованиями, он делает съемки маршрутов, определяет абсолютные высоты, выясняет орографию горных хребтов и долин, проводит метеорологические наблюдения, изучает ледники истоков реки Танымас.
За путешествия на Памире Русское Географическое общество наградило Грумм-Гржимайло серебряной медалью и избрало его своим действительным членом.
Успех четырех экспедиций на Памир был большим, и это позволило путешественнику надеяться на то, что ему посчастливится участвовать в новой большой и длительной экспедиции во внутренние труднодоступные части Азии. Так и случилось.
В 1889 году, после смерти Пржевальского, Географическое общество сформировало три экспедиции в Центральную Азию - Певцова в Куньлунь и Кашгарию, Громбчевского в верховья Пянджа и Тарима (Раскема) и Грумм-Гржимайло в Восточный Тянь-Шань и Наньшань. Эта экспедиция оказалась самой большой и важной во всей научной деятельности Грумм-Гржимайло. Именно в центрально-азиатском путешествии 1889-1890 годов он проявил свои способности выдающегося географа и собрал настолько разнообразный материал, что это позволило ему в течение многих лет работать над вопросами географии Центральной Азии и, более того, плодотворно разрабатывать этнографию и историю народов этой страны.
27 мая 1889 году из Джаркента (ныне Панфилов в Казахстане) вышла экспедиция Грумм-Гржимайло. Его помощником был брат Михаил Ефимович, уже приобретший опыт в памирских путешествиях. В отряд были приглашены два переводчика и семь сопровождающих казаков.
Путешественники побывали в Восточном Тянь-Шане, в пустынных горах Бэйшаня, изучали высокую и сложную систему китайских гор Наньшаня, посетили высокогорное озеро Кукунор.
Интереснейшие географические открытия, сделанные Грумм-Гржимайло, навсегда вошли в науку. На южных склонах Тянь-Шаня, недалеко от Турфана, он открыл и обследовал обширную и глубокую котловину, поросшую редкой пустынной растительностью. Кое-где из подземных галерей, устроенных местными жителями, небольшими ручейками бежала вода, которая орошала поля и сады. Эти галереи - кяризы - играют большую роль в хозяйстве сухих районов Средней и Центральной Азии. Они собирают подземный грунтовой поток и выводят воду на поверхность земли.
Турфанская (Люкчунская) котловина оказалась удивительно глубокой. Подобных котловин во всем мире насчитывается только три-четыре. Дно котловины, где белело солью мелкое озеро Броджанте, лежало на 130 метров ниже уровня океана. Ее открытие заинтересовало географов всего мира, и уже через несколько лет, в 1893 году, экспедиции Роборовского было поручено организовать в ней регулярные метеорологические наблюдения на постоянно действующей станции.
В степях Джунгарии Грумм-Гржимайло охотился за дикими лошадьми, шкуры которых впервые привез Пржевальский. Но Пржевальскому не удалось тогда самому убить редчайшего зверя, и первым из европейских охотников, кто сам добыл этого пустынного скакуна, оказался Грумм-Гржимайло.
Внимательный путешественник впервые рассказал о пустынных горах Бэйшань. Эти горы связывают Тянь-Шань и Наньшань.
Шаг за шагом по неизвестным путям шел караван, переваливая высокие горы и переправляясь через бурные реки в долинах. Наконец, путешественники вышли к берегам великой китайской реки Хуанхэ.
Экспедиция провела съемки по маршрутам длиною 7250 километров, в 30 местах определила географические координаты, а в 140 пунктах выяснила абсолютные высоты. В пути проводились метеорологические наблюдения, сборы коллекций насчитывали 214 млекопитающих, 1150 птиц, 400 яиц с гнездами, около 100 рыб, 105 пресмыкающихся и земноводных, 35 тысяч насекомых, 800 листов гербария, 850 образцов горных пород.
Результаты путешествия Грумм-Гржимайло оказались настолько разнообразными и богатыми, что отчет о работе экспедиции вышел в трех больших томах под общим названием "Описание путешествия в Западный Китай". Русское Географическое общество присудило ему премию Пржевальского, первую после ее учреждения. Парижская Академия наук также вручила путешественнику премию.
После выхода последнего, третьего тома "Описания путешествия в Западный Китай" в 1907 году Географическое общество присудило автору Константиновскую медаль.
Вернувшись из Китая в Петербург, Грумм-Гржимайло усиленно занимался обобщением собранных материалов, написал книгу "Описание Амурской области", служил в департаменте торговли, а затем в таможенном департаменте и ведал делами, касающимися торговли с азиатскими странами.
