Геологи Николай Гаврилович Меглицкий и Алексей Иванович Антипов в 1854—1855 гг. изучали Южный Урал и дали его первую, в основном верную, тектоническую схему. В их книге «Геологическое описание южной части Уральского хребта...» (1858 г.) сделана попытка увязать рельеф с геологическим строением местности.
В частности, Меглицкий и Антипов первые указали на эрозионный характер приречных горных полос на юге Урала. Они верно представили южный край горной системы в виде покатого к р. Уралу плато, прорезанного тремя продольными долинами, из которых средняя занята системой р. Губерли с ее необычного вида «горами».
В 1875—1877 гг. работавший в бассейне Вятки геолог Петр Иванович Кротов обнаружил сильно расчлененную, почти меридиональную возвышенность, названную им Вятским Увалом. В 1891—1893 гг. он работал в западной части Вятской губернии и определил до 1400 высотных отметок. Составив карту, Кротов окончательно доказал, что в изгибе Витки располагается новый орографический элемент Европейской России – гряда (до 284 м), вытянутая почти меридионально более чем на 200 км и состоящая из мелких увалов, холмов и плато, слабо наклоненных в разные стороны и разделенных долинами. В те же годы Кротов обследовал р. Ветлугу (889 км), о которой до него, по его словам, было мало сведений, и ее притоки и установил истинные верховья главной реки.
В 1881—1885 гг. Кротов изучал северную часть Среднего Урала (между 59 и 61° с. ш.), карта которой, лишь он справедливо заметил, страдала крупными ошибками. Он установил, что прикамская полоса плоская, равнинная, лишь местами холмистая. Между 55 и 56° в. д. он выделил две небольшие возвышенности.
П. Кротов описал и исследовал на всем протяжении покрытый густым лесом Полюдов кряж, состоящий из почти недоступных скалистых «камней», разделенных реками на ряд возвышенностей. Он изучил также хребет Кваркуш – свободную от лесов ровную плоскую возвышенность. На северных склонах хребта он обнаружил фирновый снег и лед (в конце июля). В результате гидрографических работ П. Кротова также коренным образом изменились карты бассейнов Вишеры и Косьвы.
В 1893 г. П. Кротов изучал южную часть Среднего Урала от 56 до 57° с. ш. (в районе Екатеринбурга). Как ни странно, карты этого густонаселенного и промышленно развитого района были явно неправильны. П. Кротов выделил и проследил «довольно широкий пояс высот, протянувшийся в меридиональном направлении... сплошной неразрывной массой», — Уфалейский хребет (90 км). К востоку от него располагается «не менее замечательная зона понижений, представленных... травянистыми или болотистыми равнинами». На составленной П. Кротовым карте этой части Среднего Урала впервые показано много малых кряжей, возвышенностей и понижений, главным образом меридиональных. Определенно выраженного непрерывного хребта он здесь не обнаружил: «…водораздельная линия проходит то по... холмистым областям... то по обширным, высоко приподнятым... то по сравнительно низко расположенным равнинам... часто изобилующим... болотами и группами озер». Это участок водораздела рек Европы и Азии, и он «ничем другим не отличается» от соседних более низких районов. П. Кротов подробно описал гидрографию южной полосы Среднего Урала и, в частности, установил истинные истоки р. Чусовой.
До начала 80-х гг. XIX в. глухие районы Башкирии не посещал ни один исследователь. Все прежние работы касались мест, прилегающих к заводам, или относились к северным, гораздо более доступным участкам Урала.
В 1882—1885 гг. геологи Ф. Н. Чернышев и Александр Петрович Карпинский провели геологическую съемку Южного Урала от 55°30' до 54° с. ш. Ф. Чернышев выбрал для работы западный склон, А. Карпинский – восточный.
Ф. Чернышеву иногда случалось проходить более 100 км по безлюдным, почти девственным местностям, целыми неделями таскать на себе коллекции – лошадей часто достать было невозможно.
Ф. Чернышев установил самостоятельность и непрерывность главного хребта Уралтау и значение его как водораздела европейских и азиатских речных систем. Даже в двух участках, где хребет пересекается небольшими реками, он не теряет своей самостоятельности и непрерывности. Ф. Чернышев дал также детальное описание ряда коротких, но мощных хребтов Южного Урала. Охарактеризовав притоки Уфы и Белой, он подметил важную закономерность: все значительные реки западного склона в верховьях имеют меридиональное направление, протекая по продольным, часто заболоченным равнинам, затем круто поворачивают и в среднем течении, рассекая высокие хребты, мчатся в глубоких и узких широтных ущельях, в низовьях они текут медленно по обширным заболоченным долинам.
А. Карпинский доказал, что Юрма не является горным узлом, а вместе с протягивающимися к юго-западу хребтами отделена от Уралтау продольной долиной и не находится с ним ни в какой связи.