Перейдя по мосту на правый берег Чаткала, И. В. Мушкетов направился в долину р. Пскема, осмотрев по пути свинцовые месторождения на р. Кок-су. В верховьях Пскема он обследовал (17 мая) месторождение каменного угля Кара-кыз, оказавшееся небольшим по площади и с углем плохого качества. Оттуда через перевал Куль-аму, даже в июне часто непроходимый из-за глубоких снегов, проник в бассейн Чаткала и осмотрел здесь места прежних разведок на золото, медные руды; по перевалу Кара-Бура 26 мая перевалил хр. Таласский Алатау и вышел в бассейн р. Таласа. Посетив вначале несколько речных долин (Куркуреу, Ёакырган и др.), где были известны проявления золота, обследовал возвышенности в районе г. Аулие-Ата и западную часть Киргизского хребта. Затем, вновь выйдя в долину Таласа, он через перевал Утмек в Таласском Алатау проник (18 июня) в долину Сусамыра,. поразившую его своей красотой.
От местных жителей он услышал, что здесь растет трава, по-местному называемая «кургаши», что в переводе означает свинец, от употребления которой гибнут лошади. Зная, что в окрестных горах попадаются свинцовые руды, он допускал, что они могут быть причиной ядовитости этой травы, хотя и не исключал случайного совпадения фактов. Отсюда через перевал Утур в хр. Джумгол-Тау И. В. Мушкетов вышел к долине р. Джунгала и затем к высокогорному озеру Сон-куль (Сонг-кёль), а через перевал Кызарт в хр. Джумгол-Тау — в долину р. Кочкара, где осмотрел месторождения каменной соли.
Миновав перевал Шамы, он оказался на северном склоне Киргизского хребта, где посетил горячие ключи в ущелье Иссык-ата, издавна известные местному населению своими целебными свойствами. Отсюда 3-го июля он пошел на запад — к эксплуатируемому месторождению каменной соли на р. Науруз. Добыча здесь велась беспорядочно. Существующие выработки представляли собой бесформенные ямы, углубленные до 100 м и более. «Ни крепей, ни спусков, ни проветривания; а так как порода, в которой залегает соль, весьма рыхлая, легко размываемая дождевой водой, то случаются частые обвалы и оползни, и жизнь рабочих подвергается постоянной опасности. Даже внешний вид выработок наводит ужас, — писал И. В. Мушкетов, {34}
— так что я не решился спуститься в них. Соль такая же нечистая, как на Кочкаре, т. е. с кусочками зеленой глины». Обследовав окрестности г. Токмака, И. В. Мушкетов по Боамскому ущелью, прорезаемому р. Чу, прошел на южный берег озера Иссык-Куль, по нескольким перевалам обследовал хребет Терскей-Алатау, посетил горячие ключи на р. Аксу, совершил экскурсию на лодке вдоль южного берега оз. Иссык-Куль для осмотра якобы остатков затопленного древнего города. Однако наблюдаемые в местности Койсар под водой полосы, принимаемые за cтены зданий, И. В. Мушкетов счел скорее естественного происхождения — результатом чередования известняков с глинами. С оз. Иссык-Куль он, перевалив хребты Кунгей-Алатау и Заилийский Алатау, прибыл в г. Верный (Алма- Ата) .4 августа, покинув г. Верный, он обследовал западную часть хр. Заилийский Алатау и хр. Кетмень, посетив здесь ряд месторождений каменного угля, медных руд, старые разработки золота, и через перевал Су-ашу на хр. Кетмень вышел (21 августа) в долину р. Или — в Кульджинский район. Здесь он обследовал сначала месторождения каменного угля как на левом, так и на правом бортах долины, а также по ее притокам (реки Ку-ашу, Алмалы и др.), посетил свинцовосеребряное месторождение в северо-восточной части хр. Кетмень.
На некоторых месторождениях каменного угля И. В. Мушкетову довелось наблюдать подземные пожары углей: из трещин выделялись горячие газы с запахом сероводорода; породы вблизи пожаров были покрыты толстым слоем нашатыря и самородной серы. {35}
Кроме того, И. В. Мушкетов выявил и многочисленные следы прежних пожаров — обожженные яшмоподобные разноцветные глины, ошлакованные песчаники и конгломераты и пр.Эти явления, равно как и их масштабы, были большой неожиданностью для него. Направляясь сюда, он в соответствии со взглядами А. Гумбольдта (1844) ожидал увидеть здесь действующие современные вулканы. «Начав свои исследования, — писал И. В. Мушкетов, {36}
— я почти убежден был в непреложности мнения Гумбольдта и с недоверием относился к позднейшим исследованиям; {37} но это было только до тех пор, пока дело не дошло до непосредственных наблюдений. Во всех местах, где мне приходилось встречать эти псевдосольфаторы, везде они... происходят. . . от горения каменного угля».В конце августа И. В. Мушкетов перешел в долину р. Каш, крупного правого притока р. Или, где посетил угольные месторождения на р. Джеретай, и по едва проходимому перевалу Нилкы перевалил хр. Борохоро. Спуск с него оказался еще труднее подъема, поскольку северный склон был круче южного, а свежий рыхлый снег лежал по колено; лошади и люди скользили и падали; многое из снаряжения было поломано и потеряно. Спустившись в долину р. Боргуста, экспедиция через перевал Богдо вышла в долину р. Джергалана (правый приток р. Или).