Экспедиция установила, что в бассейне Оки, от ее истоков до впадения в нее реки Ракитны, леса оказалось всего лишь 3,5 процента от общей площади земли, а в 1860 году, по старым планам, собранным экспедицией, — 7 процентов. Таким образом, было установлено, что в течение каких-нибудь тридцати лет в этой местности уничтожена половина всех лесов. При этом леса сводились не только на ровных местах, но и по крутым склонам, берегам реки, откосам оврагов. В результате таких хищнических вырубок леса снега таяли теперь гораздо быстрее, паводки на реке отличались большой силой, но были кратковременные почвы безвозвратно теряли нужный им запас влаги, растущие овраги отвоевывали все новые и новые участки некогда плодородных земель. Экспедиции удалось сделать одно очень ценное заключение: оказалось, что «все деятельные вершины оврагов и лощин находятся вне лесной площади». Это было еще одно доказательство положения, установленного Докучаевым, что эффективно бороться с образованием новых оврагов можно только при помощи лесонасаждения.

Особенно бурно росли овраги в окрестностях деревни Каменки Орловской губернии. Здесь Вильямсу удалось наблюдать, >как сами крестьяне принимали меры по укреплению оврагов с помощью различных простейших деревянных сооружений. Но проку из этих начинаний было мало, потому что в каких-нибудь 100 саженях от этого места земля принадлежала другому владельцу, который и не думал принимать участия в борьбе с оврагами. Вильямс начинал осознавать, что не только исследование оврагов должно носить «площадной характер», но и борьба с оврагами должна сразу охватывать по единому плану большие территории. Частная собственность на землю мешала этому.

Из работ А. Н. Энгельгардта Вильямс знал о большом значении русских фосфоритов — местного фосфорного удобрения. Путешествуя по Окскому бассейну, он тщательно отмечал все месторождения фосфоритов. Он писал в своем предварительном отчете о полевых работах 1894 года, что им «для Окского участка может быть составлена карта распространения фосфоритов».

Параллельно с исследованием верхней части бассейна Оки Вильямс осмотрел бассейн небольшой реки Красивой Мечи — притока Дона. Здесь лесистость была несколько больше, чем на Оке, но вообще леса было мало, и на берегах маленькой Красивой Мечи наблюдались те же грозные явления — смывы почвы, образование новых оврагов, что и в бассейне большой и широкой Оки.

После знакомства с бассейнами верхней Оки и Дона Вильямс направился в более восточные районы и начал осмотр бассейнов рек Суры и Сызрана — непосредственных притоков Волги. Местами здесь встречалось довольно много лесов, но распространены они были крайне неравномерно, поэтому и в этих краях наблюдались такие же явления рази на Оке: Во время своего путешествия по верховьям Сызрана Вильямс лично наблюдал огромную вырубку лесов, что особенно плохо отражалось на распространенных здесь песчаных почвах.

В отчетах экспедиции было записано: «Истребление некоторых лесов и обращение боровой лесной почвы в пашню… местами сказалось на состоянии речек и ручьев; именно, некоторые ручьи и речки заносятся песком. Кроме того, песчаная почва после вырубки на ней соснового леса местами начала обращаться в сыпучий песок».

Хотя изучение лугов и не входило в задачи экспедиции, Вильямс попутно знакомился и с состоянием естественных лугов в долинах рек. Он установил, что во многих местах происходит «занесение низменных лугов песком в зависимости от роста оврагов». А причиной и здесь были неправильная обработка почвы и вырубка лесов.

В результате проведения полевых наблюдений в бассейнах четырех русских рек Вильямс убедился в том, что наши леса вырубаются хищнически, совершенно без учета тех гибельных последствий для всего народного хозяйства страны, к которым приводят эти вырубки. Нужно было не вырубать существующие леса, а насаждать новые. Вильямс установил, что все почвы в бассейнах изученных им рек пригодны для тех или иных типов лесов.

Из своих работ 1894 года Вильямс сделал еще ряд других важнейших выводов, опубликованных им в конце того же года. Он указывал, что неправильная обработка почвы и беспорядочная пастьба скота влияют сильнейшим образом на образование и рост оврагов. Борьба с оврагами должна вестись с помощью облесения.

Ряд важнейших научных трудов и отчетов, связанных с материалами экспедиции, был опубликован также М. К. Турским, Д. Н. Анучиным, Н. А. Богословским и другими.

Но, несмотря на это, работы экспедиции, так же как и работы «Особой экспедиции» Докучаева, были царским правительством быстро свернуты. Засуха 1891 года властями была забыта. В сущности, царское правительство вовсе не было заинтересовано в выработке и практическом применении действительно эффективных мер по борьбе с засухой и ее причинами.

Для Вильямса участие в экспедиции по исследованию источников главнейших рек Европейской России имело очень большое значение: он познакомился с новыми для него обширными пространствами Центральной России, их почвенным покровом, природными условиями, сельским и лесным хозяйством. Он понял, что леса представляют собой неотъемлемую составную часть правильно организованного народного хозяйства страны. Начиная с этого времени, Вильямс никогда уже не забывал, что леса имеют огромное агрономическое значение.

Много лет спустя он писал: «Роль лесов, лесокультурной зоны в сельскохозяйственном производстве чрезвычайно велика. Они представляют главный способ воздействия на перераспределение природной неравномерности влажности по территории района… Лес представляет лучший природный регулятор влажности полей». И, связывая агрономические вопросы с проблемой научной переделки всей географии страны на пользу человека, Вильямс продолжал:

«Очевидно, что для проявления своего значения «лес агрономического значения» в лесокультурной зоне должен занимать водоразделы. Если водоразделы обезлесены, то атмосферные осадки скатываются по поверхности почвы. Вода эта сносит с собой и пахотный слой, размывает овраги, отлагает снесенный песок в реках, причиняет огромные весенние разливы рек и летние паводки. После того как спадает разлив, уровень рек сильно понижается вследствие ничтожного притока скудных почвенных вод в течение лета и нанесенный песок образует мели и перекаты. Кроме агрономического значения, эти леса имеют и важное государственное значение. Они регуляторы водного хозяйства всей страны».

Эти Положения огромной теоретической и практической важности были высказаны много лет спустя, но основанием для них послужили наблюдения Вильямса еще во времена его первой комплексной экспедиции.

Поездки летом 1894 года по разным районам России не только способствовали расширению научного кругозора Вильямса, но и позволили ему собрать большое количество монолитов и образцов почв, горных пород, минералов, растений. Все эти экспонаты были крайне необходимы для создаваемой кафедры земледелия и почвоведения Московского сельскохозяйственного института. Экспонаты, собранные Вильямсом в 1894 году, послужили началом для знаменитого Почвенно-агрономического музея, который ныне носит имя своего основателя.

Самыми первыми экспонатами этого музея были пять образцов почв Нижегородской губернии, подаренных в 1888 году молодому ученому великим Докучаевым.

Зимой 1894–1895 годов Вильямс не читал подготовленных им курсов почвоведения и общего земледелия потому, что в институте были еще только студенты первого курса, а читаемые Вильямсом предметы начинались лишь со второго года обучения.

Вильямс вел в это время специальный курс луговодства, который читался небольшой группе студентов, принятых в институт из числа лиц, окончивших университеты. Эти слушатели, обладавшие солидной естественно-исторической подготовкой, с большим интересом прослушали содержательные лекции молодого адъюнкт-профессора.

Вильямс стремился так оборудовать кафедру земледелия, чтобы она действительно помогала студентам получить глубокую подготовку по основным для них предметам: почвоведению, земледелию, луговодству, сельскохозяйственным машинам. Все эти предметы, обслуживаемые в наше время специальными отдельными кафедрами, должен был преподавать один Вильямс. По намечаемым курсам у молодого профессора были уже подготовлены лекции, которые он все время обогащал и совершенствовал. Но он помнил, что прекрасные сами по себе лекции Тимирязева особенно хорошо запоминались по тем ярким демонстрациям, которыми их сопровождал лектор. А кафедра Вильямса была бедна: в первое время не было у нее ни образцов почв, ни гербария, ни коллекции семян, ни карт и таблиц. «Кафедра почвоведения и общего земледелия, — писал Вильямс в одном своем обращении к директору института, — ничего не получила из коллекций Петровской академии по весьма простой причине — таких коллекций не было».