Когда на Ангаре начался ледоход, из Иркутска прибыли астроном и физик Фердинанд Миллер, топограф Нахвальный и Владислав Ксенжопольский. 12 мая группа двинулась в лодках по Ангаре – к истокам Нижней Тунгуски.
Вся территория между Ангарой и Подкаменной Тунгуской усеяна многочисленными небольшими хребтами и плоскими вершинами, покрытыми лесными массивами. Чекановского интересовало геологическое строение этих плоскогорий вулканического происхождения. Дальше к северу они образуют между Енисеем и Леной Среднесибирское плоскогорье. Путешествие на лодках длилось месяц. В середине июня путники добрались до Ербочагена. Здесь кончился населенный край и начиналась пустошь, на которой кое-где кочевали тунгусы. За три летних месяца 1873 года путешественники проследили все течение Нижней Тунгуски до устья, правильно нанесли ее на карту и определили длину – 2670 километров (по последним данным – 2989). Это была первая научная экспедиция по Нижней Тунгуске, после Д. Мессершмидта (1723).
В сентябре 1873 года экспедиция, пройдя полярный круг, достигла Енисея. Главным результатом экспедиции Чекановский считал открытие огромного траппового покрова, прослеженного им по долине реки на протяжении более 1900 километров. Однако не менее важные результаты ее выявились несколько позднее. В статье «Дополнительные сведения к карте реки Нижней Тунгуски» Чекановский впервые охарактеризовал всю территорию по Нижней Тунгуске как плоскогорье – возвышенность с характерными столовыми горами. Фактически он совершил научное открытие Среднесибирского плоскогорья и описал рельеф ее центральной части.
Только шесть недель длился отдых Чекановского. Спешно готовилась новая экспедиция, которая должна была пересечь полярный круг и провести исследования до еще неизвестной тогда реки Оленёк.
Чекановский и Миллер покинули Иркутск 25 декабря 1873 года с двумя проводниками-эвенками и тронулись прежней дорогой в направлении Ербочагена. Там нужно было ожидать караван тунгусов, которые на оленьих упряжках перевезут их к озерам Сюрунгна и Яконгна.
15 февраля Чекановский двинулся к озерам, из которых берет начало водная система Хатанги и Оленёка. Наконец, в апреле экспедиция достигла берегов Сюрунгны (Вилюя).
После нескольких недель исследования берегов озера Яконгна, 6 июня 1874 года экспедиция достигла довольно значительной реки. Чекановский, решив, что это Оленёк, в июне на построенном на месте карбасе начал сплав, но встретившийся ему в тот же день тунгус объяснил, что это Мойеро (приток Котуя), а Оленёк находится к северо-востоку.
С Мойеро через невысокий водораздел Чекановский перешел на Оленёк, примерно в 150 километрах ниже истока, и на плоту в июле начал сплав по реке. Чекановский установил, что по Оленёку нет высоких гор. Наступившие в конце сентября холода помешали дальнейшему сплаву, и экспедиция двинулась к устью уже зимним путем на оленях: сначала – по той же возвышенности, а севернее – по плоской и низменной приморской тундре (часть Северосибирской низменности). Иными словами, Чекановский завершил пересечение Среднесибирского плоскогорья в северо-восточном направлении, добравшись к устью Оленёка в начале ноября. По его определению, длина реки составляет около 2350 километров (по последним данным – 2292 километра). Ф. Миллер впервые провел сравнительно регулярные измерения высот Восточной Сибири.
Чекановский поднялся по одному из правых притоков Оленёка и через невысокий плоский Оленёкско-Ленский водораздел перешел в бассейн Лены и спустился по ней до селения Булун. Отсюда мимо северного отрога Верхоянского хребта (Хараулахский хребет) он обычным путем – через Верхоянск и Якутск – проехал в Иркутск (5 января 1875 года), охватив огромным кольцевым маршрутом восточную половину Средней Сибири.
Организовывая свою третью сибирскую экспедицию, Чекановский намеревался «итти по берегу Лены до самого устья и если удастся, то зайти в устье Оленёка со стороны моря. Такой маршрут, – писал он, – дал бы возможность собрать ботаническую и энтомологическую коллекции, прежде всего на территории тундры, которая во время предыдущего путешествия не была достаточно обследована».
Его спутником в этом семимесячном странствии по якутскому краю оказался Зигмунт Венгловский, тоже ссыльный, бывший студент философии Киевского университета. Оба исследователя 1 июля 1875 года доплыли на лодке до Якутска, где перегрузили багаж экспедиции на баржу. Чекановский рассчитывал перед наступлением зимы успеть провести геологические исследования берегов реки Лены.
Однако короткое и ненастное лето сорвало планы экспедиции. «Чекановский провел с баржи исследование берегов Лены от Якутска до Булуна: на протяжении примерно 1200 километров описал берега реки и правильно нанес ее на карту. Пройдя ниже Булуна к устью реки Эекита, он поднялся по этому левому притоку Лены до истока, вторично пересек Оленёкско-Ленский водораздел севернее своего прошлогоднего маршрута и по долине реки Келимяр спустился к Оленёку.
Чекановский организовал отряд, состоящий из 20 оленей и пяти проводников. Вначале путь пролегал по глубокому и широкому заливу реки Аякит, а далее по скалистой и горной области, лежащей между Леной и Оленёком. Это была почти неисследованная учеными местность. Только однажды в 1854 году к Оленёку вышла русская научная экспедиция. Невысокий (до 529 метров) водораздельный хребет, открытый и описанный Чекановским, впоследствии по предложению Э.В. Толля был назван кряжем Чекановского (длина 350 километров).
Форсированные переходы продолжались 19 дней, пока исследователи не вышли к берегам Оленёка выше устья реки Келимяра (Карбалаган).
От Келимяра Чекановский проследил течение Оленёка до устья, где посетил могилы Прончищевых, безрезультатно искавших в XVII веке северо-восточный проход, который соединил бы Европу с Дальним Востоком. 26 августа с вершины горы Каранчат они увидели океан. Спустя два дня по долине реки Бычар они отправились в сторону Крестового мыса, намереваясь еще в одном месте выйти к берегам моря.
18 сентября экспедиция уже находится в Булуне, и оттуда начинается длинная и полная опасностей трасса. Благополучно перебрались через уже замерзшую Лену и на нартах, запряженных оленями, доехали до Верхоянска, откуда через заснеженные горы и обледеневшую тундру 20 декабря 1875 года вышли к Иркутску.
В течение семи месяцев они проделали свыше 11 тысяч километров, привезя с собой многочисленные топографические съемки, описание пройденной трассы и 1500 палеонтологических экспонатов.
Так закончились три экспедиции Чекановского, зоологические результаты которых член Академии наук Шмидт признал «самыми богатыми из всех, какие когда-либо были предприняты в Сибири. Богатые по своему содержанию отчеты экспедиции, будучи переведены на разные языки, стали достоянием науки, а составленные Чекановским карты значительно изменили и дополнили карту азиатской России».
