По инициативе Рычкова в 1752 году решили составить атлас карт Оренбургской губернии и прилегавших к ней с юга среднеазиатских земель. Работу поручили геодезисту прапорщику Ивану Красильникову. В 1753–1755 годах по имевшимся картам и описаниям он составил свои карты — 10 частных и одну генеральную. Впервые были нанесены от истоков до устья левые притоки Волги и Камы, основные притоки рек Белой и Уфы, правые притоки Яика — Таналык и Сакмара — и его левый приток Илек, крупнейший приток Самары — Большой Кинель. На картах появилось около 100 озер восточного склона Урала; уже четко была показана Бугульминско-Белебеевская возвышенность как водораздел притоков Волги, Камы и Белой; четко изображен Общий Сырт, разрезанный рекой Самарой и ее притоками на отдельные длинные участки.

К новым картам Рычков решил приложить текст, так как считал: самые точные ландкарты не могут полностью характеризовать изображенные на них территории. В предисловии к первому варианту «Топографии Оренбургской» он писал:

«И хотя употребление исправно сочиненных ландкарт во всяком правлении, а особливо в политических и воинских делах, производит немалую пользу; наисовершенному ведению и к добропорядочному управлению поручаемых дел нужно каждому командиру сверх того знать еще разные обстоятельства, яко то: народное и натуральное состояние подчиненных ему мест, где какое людство и на каком основании находится, что где натура произвела и произвести может, какое место чем избыточествует или оскудевает, откуда, когда и как награждать недостатки и чрез что превозмогать имеющиеся или быть могущие затруднения».

В феврале 1755 года Рычков выслал первую часть «на просвещенное рассмотрение» академику М. В. Ломоносову, с которым познакомился во время поездки в Петербург в 1751 году, а через два месяца — в Академию наук, где рукопись рассмотрели и при содействии М. В. Ломоносова одобрили к изданию.

В Академии наук 28 января 1759 года было учреждено звание академических корреспондентов, и в решении об этом было указано, что следует «начать сие учреждение принятием в такие корреспонденты с данием дипломы господина коллежского советника Петра Рычкова». И на следующий день Рычков был избран на общем собрании академиков первым в России членом-корреспондентом Академии наук. После этого радостного для него события Петр Иванович регулярно посылал в Академию наук краткие описания, чучела и гнезда птиц, различные сообщения о примечательных природных явлениях и объектах в Оренбургской губернии и о многом другом.

В апреле 1760 года он закончил вторую часть «Топографии Оренбургской». Через полтора года в январском номере академического журнала «Сочинения и переводы к пользе и увеселению служащие» начали печатать «Топографию». Важное географическое сочинение вызвало интерес у читающей публики, и уже в 1762 году весь труд П. И. Рычкова вышел в Петербурге отдельной книгой с полным названием «Топография Оренбургская, то есть: обстоятельное описание Оренбургской губернии, сочиненное коллежским советником и Императорской Академии наук корреспондентом Петром Рычковым». Позже книга была переведена на немецкий язык и издана в Германии. Ее высоко оценили выдающиеся натуралисты того времени.

В «Топографии» дана характеристика природы, населения и хозяйства Оренбургской губернии, характеристика провинций, составлявших губернию, описаны границы губернии. Также дано описание территорий Средней Азии и Казахстана, расположенных к югу и юго-востоку от Оренбургской губернии, рассказано о проживавших там народах: трухменцах (туркменах), хивинцах, аральцах, верхних каракалпаках, киргиз-кайсаках Большой Орды (казахах), зюнгорах (джунгарах).

Титульный лист книги «Топография Оренбургская» (1762 г.)

Раздел «О горах» начинается с описания Уральского хребта. Считается, что название Урал именно Рычков первым отнес ко всей горной системе, протянувшейся от северных морей до реки Яика и южнее. Он рассказал о растительности, животном мире и полезных ископаемых в этих горах, особо остановился на описании пещер Южного Урала. Впервые в научной литературе Рычковым отмечено присутствие нефти в Среднем Поволжье, там, где уже в XX веке возник новый район нефтедобычи, «Второй Баку». Он подробно сообщил о многих видах животных, среднеазиатских ядовитых насекомых и змеях, птицах и рыбах.

Немало места отведено описанию белужьего и осетрового промысла у яицких казаков, а еще пчеловодства, которым занималось русское и башкирское население. В Башкирии преобладали дикие, бортевые пчелы, для которых пчеловоды выдалбливали наподобие ульев сосны, дубы, липы и другие толстые деревья. «Башкирцы… в размножении пчел так искусны, что много таких, из которых у одного по нескольку тысяч бортевых деревьев имеется».

Подробно описаны также другие промыслы и торговля в губернии. К тому времени Оренбург стал крупным торговым центром, куда доставлялись товары бухарскими, ташкентскими и хивинскими купцами (золото и серебро, бумажные и шелковые ткани, каракуль). Русские купцы ежегодно выменивали у казахов многие тысячи лошадей, баранов и овец, большое количество овчины, верблюжьей шерсти, волчьих и лисьих шкур. В свою очередь, русские купцы сбывали сукна, краски, олово, котлы медные и чугунные, меха, бархат, иглы и наперстки. Во внутренние губернии России из Оренбургской губернии поставляли лошадей, пушнину, башкирский мед, яицкие рыбные продукты.

Большой интерес представляют сведения об основании Орской крепости, а затем и Оренбурга, Троицкой крепости (теперь город Троицк), о двухсотлетней истории Яицкого казачьего войска и хозяйственной деятельности яицких казаков. Первыми яицкими казаками, которые проникли на Яик со стороны Каспия, были выходцы с Дона и беглые крестьяне. Именно на реке Яик они скрывались от стрелецких отрядов и находили убежище на зиму. В очерке об Исетской провинции описана Челябинская крепость (сейчас город Челябинск). Самым древним городом в губернии была Уфа, основанная русскими в 1586 году на берегу реки Белой вблизи устья реки Уфы. При описании Уфимской провинции автор отметил живописность берегов рек Белой и Сима. На их берегах «весьма превысокие горы удивительной крутости и утесы натуральные, так как бы искусством сделанные». Особый восторг вызывали в нем природные условия этого района:

«Что касается до довольства этой провинции, то во всей Российской империи едва сыщется ль другая, которая бы всем нужным к житью человеческому столь изобиловала, как Уфимская, ибо к хлебопашеству самая лучшая земля повсеместно, повсюду же леса, в которых множество бортевых пчел, реки судовые и рыбные, озер рыбных и пажитных мест везде довольно».

Рычков сообщил о многих природных феноменах. Так, в Ставропольской провинции описана небольшая река Молочная (теперь это северо-восточная часть Самарской области). В верхнем течении реки вода чистая. Затем река впадает в небольшое озеро, а «протекши это озеро, становится уже так бела, как молоко, и такой водой течет версты на две или на полторы, и впадает в реку Сургут, где еще несколько своей белизны имеет». Река Молочная и теперь протекает через серное озеро с бело-молочной водой. Дело в том, что в реку перед впадением в озеро поступает вода из сероводородного источника, вследствие чего вода в реке приобретает молочный оттенок от выпадающей серы. В этом районе сероводородных источников находится сегодня небольшой город Серноводск.