Зуев нагнал Палласа только в январе 1772 года у Красноярска. Он доставил туда собранные им коллекции растений, животных и образцов горных пород. Привез он в Красноярск и живого белого медвежонка, и Паллас отметил, «через то мог я сделать описание сего зоологами еще не описанного зверя».

Из Челябинска Паллас выехал 16 апреля 1771 года, пересек Ишимскую степь и достиг Омска. Затем путь его прошел вдоль Иртыша. Возле станицы Соленый Поворот дорога поворачивала от Иртыша в Барабинскую степь к Карасукским соляным озерам, которые Паллас исследовал более трех недель. Оттуда отряд добрался до крепости Семипалатной (теперь город Семипалатинск). Далее Паллас вступил в пределы Алтая и осмотрел его северо-западную часть — бассейн Верхнего Алея, причем в излучине этого левого притока Оби выделил Колыванский хребет.

В Красноярске в отряд Палласа был откомандирован доктор медицины Поган Готлиб Георги. Паллас с Георги в начале марта 1772 года покинули Красноярск и через неделю добрались до Иркутска. Паллас направился к истоку Ангары, где река стеснена с обоих берегов горами. Он по льду пересек Байкал. В низовьях Селенги его поразили «страшные горы и леса… где Селенга хребет пробивает». Дорога по льду реки Селенги уже испортилась, но Паллас сумел добраться до Селенгинска, а оттуда — в торговую слободу Кяхту на границе с Китаем. Там были подробно изучены объемы и характер русскокитайской торговли, приносившей казне доход до 550 тысяч рублей в год (для тех времен очень солидная сумма).

На обратном пути, летом, Паллас вновь переправился через Байкал. Именно тогда он первым описал рыбу голомянку — вид, обитающий только в Байкале. Ученый высказал провидческие мысли о происхождении Байкала: озеро представляет собой провал, трещину в земной коре. «Самое море подобно ужасной пропасти, которая разбитые хребты берегами себе имеет».

Дорога из Сибири в Петербург заняла почти полтора года. Он вновь пересек Урал на одном из самых низких и широких участков. Переправившись через Каму он двинулся на юг и добрался до Яика. Паллас обследовал реки Прикаспийской низменности и район Нижней и Средней Волги, дал характеристику длинной цепи (около 160 километров) горько-соленых Сарпинских озер. Осенью 1773 года он исследовал озера Эльтон и Баскунчак, а также горы Большое и Малое Богдо.

По заданию Палласа студент Никита Соколов весной 1773 года из Царицына направился на юг, в районы рек Кума и Маныч, и обследовал весь их бассейн. Наблюдения Соколова и собственные исследования позволили Палласу сделать вывод, что ранее Каспийское море имело значительно большую площадь и соединялось посредством Манычской долины с Азовским и Черным морями. Паллас на составленной им карте впервые сравнительно правильно изобразил территорию, прилегающую к северо-западному берегу Каспия. Зимовал он в Царицыне (теперь Волгоград) и в июле 1774 года возвратился в столицу.

Исследования и наблюдения Палласа и его спутников, проведенные в ходе экспедиции 1768–1774 годов, составили целую эпоху в изучении России. Был собран громадный геолого-географический, этнографический, ботанический и особенно зоологический материал. Паллас открыл и описал множество видов животных и стал одним из основоположников зоогеографии. Считается, что он заложил фундамент геологических знаний о Европейской части России, Урале и южной части Сибири.

После возвращения из экспедиции Паллас 20 лет прожил в Петербурге. За это время на основе своих полевых записей и собранных коллекций он написал большое количество трудов по зоологии, ботанике, энтомологии, геологии, этнографии и стал одним из виднейших европейских натуралистов.

В 1793–1794 годах он совершил путешествие через Царицын и Сарепту до Астрахани, затем в Калмыцкие степи, по Азовскому побережью и Крыму. Осенью 1795 года он с семьей переехал в Крым и поселился в пожалованных императрицей землях. Там он прожил 15 лет, работая над завершением капитальной «Российско-Азиатской зоогеографии» и проводя исследования флоры, фауны, геологии, истории и хозяйства Крыма.

В 1810 году талантливый исследователь П. С. Паллас возвратился в Берлин, где год спустя скончался. Ведущий зоолог и географ первой половины XIX века академик К. М. Бэр писал: «Паллас был человек, с которым могли бы поравняться в отношении научной подготовки, наблюдательности, интереса к знанию и трудолюбия лишь очень немногие. В России, как и везде, он завоевал уважение и любовь».

А вот слова известного зоогеографа Н. А. Северцева: «Нет отрасли естественных наук, в которой Паллас не проложил бы нового пути, не оставил бы гениального образца для последовавших за ним исследователей… Он подал пример неслыханной до него точности в научной обработке собранных им материалов. По своей многосторонности Паллас напоминает энциклопедических ученых древности и Средних веков, по точности — это ученый современный, а не XVIII века. Как ни велика его слава, она все еще не может сравниться с его заслугами для науки».

В июле 1771 года по тундре Полярного Урала двигался караван ненецких нарт, влекомых оленями. Ненцы сопровождали 19-летнего студента Академии наук Василия Зуева. Езда по бесснежной тундре крайне утомляла оленей, так что за сутки караван проходил не более 20 верст. Случалось, что олени падали от усталости. Людям доставалось не меньше. По дороге приходилось не раз переправляться через речки. Для этого использовали небольшие лодки, которые везли с собой, а оленей пускали вплавь.

И вот 12 июля караван прибыл к устью реки Лесной (теперь Байдарата), впадающей в Байдарацкую губу Карского моря. Зуев думал, что достиг Карской губы, но оказалось: губа находится гораздо западнее. Подвела выданная Зуеву карта, оказавшаяся неточной. Молодой путешественник был настойчив — решил продолжить путь вдоль побережья на северо-запад и добраться до Карской губы.

Зуев проследил восточный склон северной оконечности Уральского хребта на 170 километров до крайней вершины (хребта), впоследствии названной Константиновым камнем, и обогнул его с севера. Дорога шла недалеко от моря, которое у берега было забито ледяными глыбами. Температура понизилась, и мокрые полозья нарт обмерзали. Все труднее стало переправляться через встречавшиеся по пути речки. Караван три недели шел на запад, «не упущая океан из глаз», вдоль все более понижавшихся гор, «в коих Уральский хребет пропадает и меж коими болотистые удолы лежали». Так был открыт юго-восточный край хребта Пай-Хой.

Уже 25 июля оказались на берегу Карской губы, не доходя 35 верст до устья реки Кары. Зуев был удовлетворен: задание, данное ему руководителем экспедиционного отряда Академии наук академиком П. С. Палласом, он выполнил. Молодой студент был первым русским путешественником, который с научными целями пересек Полярный Урал с востока на запад.

После трехдневной стоянки у Карской губы караван 28 июля двинулся в обратный путь и через две с половиной недели благополучно добрался до Обдорска (теперь Салехард). Впоследствии Зуев доставил академику Палласу собранную в пути коллекцию птиц, морских животных (ракообразных, моллюсков, губок и др.) и водорослей, собранных на побережье Карского моря, а также гербарий тундровых растений.