Были открыты истоки Большого Абакана, относящегося к бассейну Енисея. За истоками реки путешественники увидели юго-западную часть почти меридионального Абаканского хребта, которая «прячет от глаз Телецкое озеро», а на севере обнаружили истоки Малого Абакана, отделенного от Большого коротким хребтом Карлыган. Так было впервые проведено научное исследование Западного Саяна.

Но движению по долине Абакана препятствовали топкие болота и озера. Чихачев решил не поворачивать обратно, а продвигаться на юго-восток по компасу, чтобы выйти к Енисею и по нему спуститься к устью Абакана. Вот как описал художник Е. Е. Мейер дальнейший путь отряда:

«Мы шли по местам все хуже и хуже прежних, в которых не раз весь караван чуть было не погиб и которые изнурили нас донельзя. Наконец, после этой трехнедельной поездки, мы увидели опять землю сухую. Как радостно забилось сердце, когда мы увидели с гор зеленые луга, когда мы въехали в густой, ароматный лес, где нашли дорожку, по которой следовали. Множество цветов нас манило сойти с лошадей. С радостью спешили мы снять шубы, которые до тех пор почти не снимали. «Это земля Кемчик!» — сказали нам встретившиеся сайоты (местные жители). А как, однако ж, рады были мы этим людям, которые должны были спасти нас от несчастья — умереть с голода и холода или быть жертвами зверей. Не раз заблудившийся барс показывался здесь и оставлял страшные следы».

Западный Саян

Отряд простоял пять суток в долине Алаша. За это время начальник экспедиции составил карту совершенно неизведанной местности и собрал сведения о местных жителях. Чихачев первым проник в Урянхайский край (Тува) и выполнил его первое исследование. Затем экспедиция направилась к северу и неожиданно обнаружила горное озеро Кара-Холь (высота 1 463 метров), «спрятавшееся в массах громадных гор». Далее экспедиция вышла к верховьям реки Оны, притока Абакана. По пути Чихачев обнаружил присутствие золота в речных наносах.

Вскоре экспедиция оказалась в долине Абакана, прошла через населенные пункты, где жили староверы и ссыльные, и добралась до деревни Означенной, расположенной на берегу Енисея. Эта местность прилегала к государственной границе, и в казачьих постах Чихачев наблюдал мирные, добрососедские встречи русских и китайских пограничников. Далее 1 августа экспедиция проследовала по правому берегу Енисея через пост Саянск, село Шушенское и добралась до Минусинска. Чихачев обследовал соляные озера вдоль реки и описал производственный процесс по добыче соли. Путешественники спустились на лодках вниз по Енисею до Красноярска. Были исследованы и его окрестности, после чего все направились к Ачинску — через места добычи золота. Из записок Чихачева, сделанных в это время, можно узнать о методах разработок, условиях жизни рабочих на приисках, баснословных доходах золотопромышленников и скромной зарплате рабочих.

Отряд Чихачева поехал в Кузнецк (теперь Новокузнецк) через наиболее развитый в экономическом отношении район Алтая, где работали железоделательные и медеплавильные заводы, предприятия серебро- и золотодобывающей промышленности. Чихачев особо отметил высокое умение, ловкость и сметливость рабочих на многих местных заводах, где все машины и инструменты были местного производства.

Ученый произвел исследование залежей железной руды, описал условия труда и методы разработки рудных жил. Немало времени он уделил изучению районов залегания и определению объема запасов каменного угля. Отдельные выходы угольных пластов были обнаружены в регионе ранее; Чихачев же не только установил наличие каменноугольных пластов в различных районах Алтая, но и определил местоположение огромного угольного бассейна и его размеры. Он составил первую геологическую карту угленосного района, назвав его Кузнецкий каменноугольный бассейн (ныне Кузнецкий угольный бассейн).

Вот вывод Чихачева как геолога:

«Наличие каменного угля подтверждается в нескольких местах, начиная с окрестностей города Кузнецка и до местности, примыкающей к реке Пни, то есть на пространстве, охватывающем часть оси района, который я пробовал заключить под общим названием «Кузнецкого каменноугольного бассейна» и все протяжение которого могло бы, следовательно, рассматриваться как образующее тот же осадочный слой. В таком случае, Северный Алтай является одним из самых крупнейших резервуаров каменного угля мира, который до сих пор только известен, занимая в среднем пространство в 250 километров в длину на 100 километров в ширину».

Исследователь провел анализ химического состава угля в различных местах бассейна и установил, что в нем есть залежи ценного антрацита. Чихачевым были выполнены также важные работы по анализу обнаруженных на Алтае палеонтологических остатков. Он определил виды ископаемых, их строение и условия залегания, чем продвинул изучение геологической истории Алтайского района.

Через Барнаул Чихачев с отрядом проследовал в Змеиногорск, где осмотрел знаменитый рудник. В нем Петр Александрович собрал обширную коллекцию геологических образцов и окаменелостей. Он обследовал и еще ряд рудников, в том числе Риддерский, названный в честь горного офицера Риддера, который в конце XVIII века открыл месторождение полиметаллических руд; городок, образовавшийся при руднике, получил название Риддер (теперь Лениногорск, в Казахстане).

В Усть-Каменогорск отряд прибыл 7 октября. Лихачев записал:

«С трудом пройдя по бесконечному таинственному лабиринту Алтая, я наконец достиг его пределов и собирался с ним распрощаться. Я был у порога обширного Алтайского края и взирал то на его кряжи, ощетинившиеся остроконечными, сверкающими от снега вершинами, то на безграничную Казахскую степь, которая, как океан, расстилалась у их подножия».

Из Усть-Каменогорска отряд направился через Семипалатинск к Омску, а из Омска возвратился в Петербург. Значение этой экспедиции трудно переоценить.

Лихачев составил подробную карту расположения и конфигурации горных хребтов, долин и плоскогорий в Русском Алтае и Западном Саяне. Им же была создана первая геологическая карта этого региона и определен состав найденных горных пород. Он впервые описал реки и озера этого края, первым из исследователей обнаружил и описал истоки крупных рек Алтая — Абакана, Луй и Лулышмана. Петр Александрович первым обратил внимание на то, что правые берега рек Алтая и Сибири выше левых, чем предвосхитил установление географического закона Бэра. Значительны были и результаты ботанических исследований. Лихачев собрал гербарий, насчитывавший 248 видов растений, дал подробную характеристику районов их произрастания, включая описание влияющих на распределение растений климатических и почвенных условий.

Важнейшей заслугой Лихачева явилось открытие и нанесение на географическую карту региона сплошных массивов каменного угля, составляющих Кузнецкий угольный бассейн.

Отчет Лихачева об Алтайской экспедиции под названием «Научное путешествие в Восточный Алтай и пограничные районы Китая» был издан по решению российского правительства на французском языке в Париже в 1845 году. Книгу проиллюстрировали художники Е. Е. Мейер и И. К. Айвазовский. Она стала выдающимся географическим сочинением первой половины XIX века.