Перед отъездом в Африку Е. П. Ковалевский получил инструкцию от штаба Корпуса горных инженеров, составленную академиком Г. П. Гельмерсеном, и инструкции от академии, которые составили А. Я. Купфер и Х. Д. Френ; обрисованный в них круг задач экспедиции включал не только поиски золота, но и проведение географических и этнографических исследований. Позднее, при поездке Е. П. Ковалевского через Константинополь, русский посланник в Турции В. П. Титов дополнительно поручил ему собрать некоторые сведения, интересовавшие императорское правительство, в частности о работорговле в Египте и Египетском Судане.

В декабре 1847 г. Е. П. Ковалевский и его спутники прибыли в Каир и в январе следующего года начали свое путешествие в глубь материка. Поднявшись по Нилу на пароходе до Асуана и затем на парусных барках до Короско, они пересекли на верблюдах Большую Нубийскую пустыню и снова вышли к Нилу у Абу-Хамеда. Несколько выше по течению Нила, в Бербере, экспедиция опять пересела на речные суда, доставившие ее в Хартум. Дальше началось трехнедельное плавание вверх по Голубому Нилу до порогов у Эр-Росейреса, временами прерывавшееся небольшими исследовательскими экскурсиями Е. П. Ковалевского и Л. С. Ценковского в сторону от реки. От Эр-Росейреса экспедиция продолжила путь на верблюдах вверх по долине Голубого Нила и затем — вдоль его левого притока Тумта. У поселка Кассан (на современных картах Гейссан) русских путешественников встретил генерал-губернатор Судана с большим военным отрядом, выделенным для охраны экспедиции. В составе этого отряда находились и бывшие ученики Ковалевского — Иса Дашури и Али Мухаммед.

Долина Тумата и была районом, намеченным для поисковых работ на золото. Смутные сведения о золотоносности этих земель имелись давно, однако побывавший здесь в начале 20-х гг. XIX в. французский минералог Фредерик Кайо не обнаружил месторождений, пригодных для промышленной эксплуатации. То, в чем не преуспел его предшественник, удалось Ковалевскому: в долине Тумата им не только были открыты золотосодержащие россыпи (правда, не слишком богатые), но и налажена их разработка. Тем самым основная задача экспедиции была выполнена, причем с поразительной оперативностью.

Пока у Кассана под присмотром И. Бородина и И. Фомина строилась золотопромывальная фабрика, Е. П. Ковалевский совершил путешествие на юг, в область истоков Тумата, где европейцы до него еще не бывали. «Весело, с гордостью осматривался я вокруг, — вспоминал потом Егор Петрович. — Никто не проникал так далеко внутрь Африки с этой стороны». Обширную равнину к востоку от верхнего течения Тумата, между ним и другим левым притоком Голубого Нила, Дабусом, Ковалевский назвал Николаевской, а протекающую по ней небольшую реку, один из правых притоков Тумата, — Невкой. «Это название, — писал он, — может служить указанием, до каких мест доходил европейский путешественник и к какой нации принадлежал он».

По возвращении в Кассан Е. П. Ковалевский завершил строительство золотопромывальной фабрики и пустил ее в ход, после чего предпринял еще один исследовательский маршрут — на этот раз на юго-запад, к горной вершине Дуль на водоразделе между Туматом и правыми притоками Белого Нила (в этом районе им тоже были обнаружены месторождения золота).

Дальнейшим исследованиям помешали наступление сезона дождей и мучившая Ковалевского тропическая лихорадка. Оставив работавшую полным ходом фабрику на попечение египетских инженеров, Е. П. Ковалевский и его спутники отправились в апреле 1848 г. в обратную дорогу. От того пути, который привел их в долину Тумата, обратный маршрут отличался на участке между Хартрумом и Коромко: от Хартрума экспедиция проследовала через Малую Нубийскую пустыню, или так называемую степь Байюду, до Мероэ и далее двигались вниз по долине Нила — частью на барках по реке, частью посуху. В Аусане русских путешественников ожидал специально присланный за ними из Каира пароход. Доложив египетскому правительству о результатах экспедиции, Е. П. Ковалевский покинул Египет, где в это время свирепствовала холера.

Вернувшись в Петербург, Е. П. Ковалевский представил канцлеру К. В. Нессельроде краткий отчет о своей экспедиции, к которому были приложены записки «Нынешнее политическое и торговое состояние Восточного Судана и Абиссинии» и «Проект торговли России с Египтом и берегами Чермного (то есть Красного) моря».

Научная общественность России узнала о результатах путешествия Ковалевского из его доклада на годичном собрании РГО в январе 1848 г., вскоре опубликованного в печатном органе общества — «Географические известия» (1849, вып. 1), а затем из вышедшей в свет в том же году его двухтомной книги «Путешествие во Внутреннюю Африку». Отдельные путевые очерки Ковалевского были помещены в журналах «Современник» и «Отечественные записки».

Занимаясь исследованиями в бассейне Нила, Е. П. Ковалевский не мог, разумеется, обойти вниманием давно волновавшую умы географов проблему местонахождения истоков этой великой африканской реки. К тому времени было уже осознано, что главной (по протяженности) ветвью Нила является не Голубой Нил, истоки которого были открыты португальским миссионером-иезуитом Педру Паишем в начале XVII в. и затем вторично обнаружены шотландцем Джеймсом Брюсом, посетившим Эфиопию в 1768–1773 гг., а Белый Нил, который в конце 30-х — начале 40-х гг. XIX в. был прослежен египетскими правительственными экспедициями до 4 градусов 42 минут с.ш. Однако истоки Белого Нила оставались окутанными тайной. Участник египетских нильских экспедиций французский инженер Жозеф д'Арна склонялся к мысли о том, что Белый Нил начинается в горах на юге Эфиопии и течет вначале на запад, а потом уже поворачивает на север. К этому мнению присоединились французские исследователи Эфиопии братья Антуан и Арно д'Аббади; более того, они выступили с заявлением, что исток Белого Нила ими уже найден. Этим истоком они считали открытую ими в январе 1846 г. р. Гиббе в эфиопской области Энарея (в действительности речь шла о верховье р. Омо, впадающей в еще неизвестное тогда европейцам бессточное озеро Рудольф).

Нил у Асуана

Из гипотезы д'Аббади следовало, что в своем дальнейшем течении Белый Нил должен проходить сравнительно недалеко от того района к югу от Голубого Нила, где побывал Е. П. Ковалевский. Двигаясь вверх по течению р. Тумат, Е. П. Ковалевский рассчитывал выйти к Белому Нилу, но не обнаружил его. «У меня не станет смелости положительно опровергать важное, можно сказать, великое открытие Абади, — писал русский путешественник, — но, достигнув почти широты 8 градусов и не нашедши Бахр-эль-Абиада, настоящего Нила, даже не слышав о нем ни от кого из туземцев… я имею повод более чем сомневаться в предполагаемом открытии».

Е. П. Ковалевский пришел к выводу, что истоки Белого Нила следует искать гораздо дальше к югу и западу, чем их помещали братья д'Аббади. Подобные представления существовали в географической литературе и раньше, но после сообщения д'Аббади достоверность их была взята под сомнение. Е. П. Ковалевский же одним из первых способствовал их восстановлению.

Важным дополнением к исследованиям Е. П. Ковалевского явились работы молодого ботаника A.C. Ценковского (впоследствии одного из крупнейших русских биологов).