Вернувшись из Сибири в Челябинск, Паллас в марте 1773 г. прошел на, северо-запад «через весьма суженный Урал, состоящий, из ...мало возвышенных гор, поросших редким лесом», до р. Уфы (у 56° с. ш.). Следуя на запад через верхнюю Ирень (приток Сылвы), он вышел к р. Танып (примерно у 56° в. д.), и на западе перед ним открылась «прекрасная... многие версты в ширину простирающаяся равнина – междуречье Белой и Камы; напротив, [пройденная] страна гориста, поросла весьма густым хвойным... лесом».
Итак, Паллас второй раз пересек Урал на одном из самых низких и широких участков. Камы он достиг у 54° в. д. Весной Паллас проехал через центральную часть Сарапульской возвышенности («через нарочитые возвышения»), переправился через Каму, двинулся на юг, примерно вдоль 53-го меридиана, по Бугульминско-Белебеевской возвышенности и пересек Общий Сырт.
Паллас дал ему первую правильную характеристику: «...отделяется от главной полосы хребта, простирается в юго-западную сторону и несправедливо называется продолжением настоящего Урала... По отделению от себя многих побочных отрогов... между Яиком и Самарой [он постепенно] сужается и, протягиваясь узкой полосой холмов в степь, теряется между Яиком и Волгой».
За 52° с. ш. «степь вдруг переменилась в сухую, голую и исполненную... солончаками» — до самого Яика. По его правому берегу Паллас добрался до 50° с. ш. и проехал на юго-запад к низовью Кушума – вершину этого правого рукава Яика он исследовал близ 51° с. ш. Он установил, что р. Кушум питается не только снеговой водой и «потаенными ключами», но и весенними полыми водами Яика «и тогда не только изобилует водой, но еще она весьма годна для питья. Напротив ... летом высыхает он участками, а в оставшихся лужах содержит вонючую и гнилую воду». В низовье Кушум проходит через ряд мелких озер и «напоследок оканчивается пространным... озером [у 49° с. ш.], которое никакого сообщения не имеет с Камыш-Самарским озером [и] отделено от него высокой сухой степью». Это было первое и точное описание Кушума. «Вся степь вдоль по Кушуму суха, безлюдна, солена и для... хлебопашества и скотоводства постоянных жителей неспособна».
Паллас обследовал низовья Большого и Малого Узеня (у 49° с. ш.). «В этой стране почти в середине между обеими реками лежит наибольшее из... Узенских [Камыш-Самарских] соленых озер... [без] видимого истока», а западнее его другое; поблизости «по степи рассеяны сухие солончаки». Паллас обнаружил здесь «следы древних водоводов» — арыков.
Дальнейший путь шел на юго-запад через Рын-пески, которые начинаются «почти под 49° с. ш. между Большим Узенем и... Эльтонским соляным озером... и, не прерываясь, простираются по середине между Волгой и Уралом до северного берега Каспийского моря. Рын-пески состоят из больших, зеленью покрытых песчаных глыб, возвышающихся над сухой... глинистой степью. [На юге]... песчаные поля простираются, не прерываясь, и имеют прекраснейшие луга, расположенные между [барханами]... и изобилующие тростником и кустарником». Он обратил внимание на обилие ключей в этой местности. Через соляную «гору» Чапчачи (14 м над уровнем океана) в середине июня он добрался до Ахтубы.
От нижней Волги Паллас прошел на запад через Сарпинскую низменность и осмотрел «реку Сарпу»: «Как и... другие степные речки, [ее] составляют многие глубокие и великие, покрытые тростником... озера, между которыми находятся небольшие соединительные протоки». Это первая неполная характеристика длинной (около 160 км) цепи горько-соленых Сарпинских озер, которые лишь в половодье соединяются протоками.
Осенью 1773 г. Паллас исследовал озера Эльтон и Баскунчак, а также горы Большое и Малое Богдо. Его описания этих «чудес природы» весьма точны, полнее, чем у других академиков. Зимовал он в Царицыне. Между прочим, он указал, что соединение каналом Дона с Волгой под этим городом удобнее, чем у Камышина.