Летом 1819 г. офицер Николай Николаевич Муравьев (Муравьев-Карский) во главе военно-исследовательской экспедиции, организованной кавказским наместником А. П. Ермоловым, на корвете перешел из Баку к юго-восточному берегу Каспия и на туркменском челне (выдолбленном древесном стволе) обследовал устье р. Горган. Затем на корвете он достиг Красноводского залива, описал его и обнаружил, что о. Дарджа превратился в полуостров.
В октябре 1819 г. Муравьев совершил на верблюдах путешествие в Хиву с дипломатическим поручением. От Красноводского залива с караваном он прошел на северо-восток через обнаруженные им небольшие возвышенности за 41° с. ш. и увидел (у 55°30' в. д.) уступ плато Kaплaнкыp – отвесный высокий утес с большими трещинами. Муравьев принял его за берег бывшего моря – у него везде одинаковый вид и высота до 43 м над равниной, возвышенная часть степи такая же ровная, как и та, по которой двигался отряд.
Коснувшись котловины Сарыкамыш, Муравьев свернул на юго-восток, в пределы Хивинского ханства. Просидев в городе Хиве полтора месяца под строгим надзором, он получил, наконец, аудиенцию у хана. Ничего не добившись, в начале декабря посольство двинулось в обратный путь через западную часть Заунгузских Каракумов. Добравшись в конце декабря до плато Челюнгкыр, Муравьев по прежнему маршруту вернулся (уже в 1820 г.) к исходному пункту. Результатом посольства было первое – после А. Черкасского – обследовании малоизвестных «туркменских» степей и значительное исправление карт этой страны. Муравьев первый сообщил точные данные об Узбое, осмотрев, в частности, его устье.
В 1821 г. Муравьев, руководя Каспийской экспедицией, произвел съемку о. Челекен (теперь – полуостров) и обнаружил там нефть. У северо-восточного берега Красноводской косы он основал первую русскую опорную базу в Туркмении – Вознесевскую крепость; близ нее позднее вырос город Красноводск.
В 1820 г. Э. Эверсман принимал участие в русском посольстве в Бухару. После обследования Мугоджар отряд пересек пески Большие Барсуки. Приаральские Каракумы и через низовья Сырдарьи и пески Кызылкум в середине декабря достиг Бухары. Эверсман дал первую научную характеристику этой пустыни, обследовал в центре ее невысокие горы Букантау и привел доказательства усыхания Аральского моря: многочисленные солончаки, мелкие озера, русла высохших рек.
В Бухаре Эверсман, как неофициальное лицо, на каждом шагу подвергался опасности; научные наблюдения и заметки он писал по ночам, тайком, в течение трехмесячного пребывания в городе. Позднее он обработал их для книги (на немецком языке) «Путешествие из Оренбурга в Бухару» (Берлин, 1823 г.). В 1821 г. он с посольством вернулся в Россию.
Через четыре года Эверсман – теперь уже официально в качестве врача – принял участие в Арало-Каспийской военно-топографической экспедиции Федора Федоровича Берга. В декабре 1825 г. от р. Урала отряд двинулся по берегу Каспия на восток. Зима в том году выдалась на редкость суровая и бесснежная, и путешественники очень страдали от холода; пало около 1500 лошадей. Экспедиция пересекла Устюрт по 45-й параллели; вместо «Туманных гор», изображавшихся на прежних картах, Эверсман обнаружил плоскую возвышенность, ограниченную со всех сторон крутыми, обрывистыми берегами, известными под названием чинка; у его подошвы расстилается «низменная степь», которая почти ничем не отличается от голой поверхности Устюрта, изобилующей сухими и мокрыми солонцами.
Экспедиция определила расстояние между заливом Мертвый Култук и Аральским морем в 242 версты. Достигнув Восточного Чинка, протягивающегося вдоль всего западного берега Арала, они прошли до песков Большие Барсуки и выяснили, что берег Устюрта здесь не крут, а чинка нет вовсе. Обратный путь – при 35-градусных морозах – проходил по 46° с. ш. На низменности Эверсман обнаружил небольшие сопки и плоские возвышенности и правильно решил, что некогда они были связаны с Устюртом. Самое ужасное, как он впоследствии заметил, — это постоянный восточный ветер, преследовавший отряд в течение трех месяцев работы в степях. Экспедиция дважды пересекла восточную часть Прикаспийской низменности. Эверсман доказал полную изоляцию Каспийского бассейна от Арала. Он выяснил, что породы, которыми сложено плато Устюрт, всюду горизонтальны, и этим положил конец представлению о связи Уральских гор с Устюртом.