27 апреля 1874 г. И. В. Мушкетов выехал из Ташкента и к вечеру 7-го мая прибыл на Татариновскую копь, расположенную в хребте Каратау, примерно в 200 км к северо-востоку от Ташкента. Ознакомившись с состоянием разведочных работ, он провел маршрутные геологические исследования и пришел к заключению, что* разыскиваемый пласт угля выведен на поверхность и смыт, посему продолжать начатые разведочные работы здесь не имеет смысла. Тем не менее результаты своих маршрутных геологических исследований (представление о каменноугольном возрасте угленосных толщ и другие) в рапорте К. В. Гилеву он расценивает лишь как предварительные: «. . .Я не буду подробно излагать свои наблюдения, потому что в них много недостает и подробнее они будут изложены по окончании моих исследований вообще. . . Выводы мои при последующем, более точном . . . ознакомлении с геологией края могут измениться. . .».{11}
Закончив работы в районе Татариновской копи, И. В. Мушкетов продолжил поиски в юго-восточной части Каратау, где обследовал долины Боролдая, Арыса и особенно Бадама. Находясь в районе Казыкурта, 17 июня он заболел и 25 июня возвратился в Ташкент.
3 июля 1874 г. в Ташкент приехал профессор Горного института Г. Д. Романовский, приглашенный на лето в Туркестанский край для проведения геологических исследований и, особенно, выявления новых месторождений каменного угля. К. В. Гилев, понимая необходимость привлечения опытного геолога для изучения Туркестанского края, первоначально вел переговоры с Г. В. Абихом — известным исследователем Кавказа, но тот в это время был занят обработкой собранных им обширных материалов и изданием геологической карты Кавказа, поэтому он обратился к Г. Д. Романовскому, который имел репутацию крупного геолога-практика, разведчика, опытного специалиста по бурению, знатока угольных месторождений и вместе с тем ученого геолога, стратиграфа и палеонтолога. Заинтересовавшись этим предложением, Г. Д. Романовский был готов даже оставить кафедру в Горном институте и целиком посвятить себя изучению края, если серьезным тому препятствием не станут природные его условия.
К этому времени И. В. Мушкетов оправился от болезни и вечером в день приезда Г. Д. Романовского долго беседовал с ним. «Объяснялись, — пишет он в своем дневнике, — по поводу моей статьи об Урале, где он полагает затронут его авторитет. Я ему едва доказал, что тут не должно быть личного, что здесь только научный вопрос.'. . Он потом согласился. . .».{12}
К. В. Гилев предложил И. В. Мушкетову продолжить исследования вместе с Г. Д. Романовским, и 9 июля они уже выехали из Ташкента. Побывав вначале в верховьях р. Угама, осмотрели небольшое угольное месторождение Кызыл-Тал, приуроченное к котловине, окруженной высокими горами. В развитой здесь песчано-глинистой угленосной толще, видимой мощностью около 40 м, в нижних ее частях располагались горючие сланцы и пласты каменного угля мощностью до 0.7—0.8 м. Месторождение это разрабатывалось. Ташкенский предприниматель И. А. Первушин ежегодно добывал здесь до 800 т горючего сланца для своего завода в Ташкенте. Закончив обследование Кызыл-Тала, Г. Д. Романовский и И. В. Мушкетов 15 июля отправились по караванной дороге вдоль южного склона Арысских гор и вышли в верховья р. Бадама, а затем через ст. Машат (на почтовой дороге от Ташкента в Верный) пошли на Татариновскую копь в Каратау, где пробыли с 19-го по 21-е июля. Они внимательно осмотрели это месторождение, и Г. Д. Романовский подтвердил справедливость заключений К. В. Гилева и И. В. Мушкетова о малых его размерах и нецелесообразности дальнейшего ведения здесь разведочных работ. Нужно заметить, что Г. Д. Романовский сразу указал на принадлежность угленосной толщи, вероятнее всего, к юрской системе, а не к каменноугольной, как ранее широко считалось.{13}
После этого они исследовали другие месторождения угля на северо-восточном склоне Каратау, обнаружили здесь проявления медных руд, горного хрусталя. На обратном пути перевалили Каратау через Турланский проход, получивший такое название якобы по имени Тамерлана, проходившего здесь с большим войском. За перевалом в долине Темерчи осмотрели месторождение свинцово-цинковых руд, где некоторое время вел добычу И. А. Первушин. По юго-западному склону хребта Каратау достигли Чимкента, а оттуда 1 августа возвратились в г. Ташкент. Ночёвки в Каратау были далеко не безопасны из-за обилия здесь скорпионов и фаланг, но все обошлось благополучно.