В 1888 г. Пржевальский организовал новую экспедицию в Центральную Азию. Помощниками его и на этот раз были В. И. Роборовский и П.К. Козлов. Они достигли поселка Каракол, близ восточного берега Иссык-Куля. Здесь Пржевальский заболел брюшным тифом и 1 ноября 1888 г. умер. Перед смертью он просил похоронить его «непременно на берегу Иссык-Куля в походной экспедиционной форме».
В 1889 г. Каракол был переименован в Пржевальск. В мировую историю открытий Пржевальский вошел как один из величайших путешественников. Общая длина его рабочих маршрутов по Центральной Азии превышает 31,5 тыс. км. Совершив ряд крупнейших географических открытий, он в корне изменил представление о рельефе и гидрографической сети Центральной Азии.
Он положил начало исследованиям ее климатов и много уделял внимания изучению флоры: лично он и его сотрудники, главным образом Роборовский, собрали около 16 тыс. экземпляров растений, принадлежащих к 1700 видам, в том числе более 200 видов и семь родов, не известных ботаникам. Огромный вклад он сделал и в изучение центральноазиатской фауны, собрав коллекции и позвоночных – около 7,6 тыс. экземпляров, среди них несколько десятков новых видов.
После смерти Пржевальского во главе экспедиции был поставлен М. В. Певцов, который пригласил К. И. Богдановича. Эта третья – Тибетская – экспедиция Певцова оказалась самой плодотворной. И раньше он выступал как тонкий наблюдатель, выдающийся географ, сделавший ряд важных обобщений, точный вычислитель-геодезист и хороший картограф, теперь он проявил себя и как прекрасный организатор. Он пору чал своим сотрудникам дальние самостоятельные маршруты, и они стали выдающимися исследователями Центральной Азии.
Летом 1889 г. экспедиция, выйдя из Пржевальска на юг, пересекла хребты Терскей-Ала-Тоо и Какшаал-Тоо испустилась к р. Яркенд, установив, что р. Кашгар, считавшаяся притоком Яркенда, теряется в песках южнее хребта Кельпинчёльтаг. Далее экспедиция проследила западную границу пустыни Такла-Макан, поднявшись но речной долине до города Яркенда.
Еще весной Певцов отправил Богдановича в маршрут, продолжавшийся полтора месяца. От западного края Иссык-Куля Певцов прошел по горным тронам на юг до небольшого селения у 38°30' с. ш., 76° в. д., а оттуда повернул на запад, перевалил Кашгарский хребет южнее массива Конгур (7719 м) и обошел с севера, запада и юга другой массив этого хребта – Музтагата (7546 м), открыв там группу ледников, наличие которых ранее отрицалось. Проследовав на восток через несколько перевалов примерно по 38° с. ш., Богданович по речным долинам спустился до Яркенда, где и встретился с Певцовым. Оттуда экспедиция двинулась по караванной дороге вдоль южной окраины пустыни Такла-Макан и в середине октября стала на зимовку в оазисе Ния. Богданович ранее от оазиса Каргалык прошел на юг до подножия хребта Тизнаф (вершина – 5360 м), повернул на запад, перевалил хребет Тохтакорум и вышел к верхнему Яркенду, а оттуда – в Нию. Он дал краткую характеристику исследованной им части Западного Куньлуня: «Острые пики, островершинные снежные группы, изредка ясно выделившийся снежный хребет, главные линии речных долин, заметные по сильному понижению к ним гор, — таков здесь общий характер горной панорамы». Во время зимовки (февраль – март 1890 г.) Богданович продолжил исследование Западного Куньлуня, независимо от Б. Г. Громбчевского открыв к югу от Хотана сильно расчлененный хребет Карангутаг длиной около 200 км с вершиной 7013 м, а к востоку от него, в бассейне р. Юрункаш, по обе стороны хребта Музтаг обнаружил сложную систему небольших горных цепей. По долине Юрункаша он спустился к Хотану и вернулся в Нию. В результате трех маршрутов Богданович выяснил основные черты орографии Западного Куньлуня, установил дугообразный изгиб его хребтов, сильную их расчлененность, наличие ряда «диагонально-поперечных долин» и обнаружил связь Куньлуня с Памиром.
Роборовский в марте проехал из Нии на северо-восток по караванной дороге до оазиса Черчен. Повернув оттуда на юг, вверх по долине р. Черчен, он пересек пески Кумкатты и установил, что здесь р. Черчен пробила себе дорогу в мощном хребте Токкуздавантаг (вершина 6303 м). Следуя на восток, вверх по долине Черчен и его правого притока Димналыка до перевала Гульчадаван (4313 м, 88° в. д.), Роборовский обнаружил сложность строения Западного Алтынтага.
К маю все перебрались из Нии на юго-восток, в урочище Карасай, на северном склоне Русского хребта, за которым на карте Пржевальского была показана «местность совершенно неизвестная». Посланный на поиски путей в Тибет Роборовский поднялся по долине р. Туланходжа, пересекающей Русский хребет, до ее истоков и достиг перевала Атышдаван (4976 м), с которого увидел на юго-западе огромный снежный хребет (Устюнтаг). Пройдя к юго-западной оконечности Русского хребта, он с другого перевала увидел «...вторично, и уже гораздо яснее... хребет, простирающийся... на юго-восток. Громадные ледники этого гигантского хребта заполняют собой его величественные ущелья, а вершины, поднимающиеся, вероятно, выше 20000 футов над морем, были окутаны густыми, темными облаками». Несомненно, он видел уже другой хребет – Люшишань (вершина 7160 м), у 35°20' с. ш., протягивающийся на 200 км (между 80 и 82° в. д.) до истоков р. Керия. Но из-за нехватки продовольствия он вынужден был вернуться в Карасай.
Вскоре для дальнейшего изучения путей в Тибет Певцов послал по разным маршрутам Козлова и Роборовского. Козлов к юго-востоку от Карасая перевалил Русский хребет и обнаружил за ним межгорную впадину, а в ней на высоте 4258 м – небольшое озеро. По долине речки, впадающей в это озеро, Козлов прошел к ее верховьям вдоль подножия Русского хребта и с перевала Джапакаклык (4765 м) увидел восточную оконечность хребта. Таким образом, Козлов и Роборовский установили длину Русского хребта (около 400 км) и завершили его открытие.
Перед Роборовским, снова двигавшимся через перевал Атышдаван, а затем повернувшим на юг, открылось безжизненное каменистое плато, по которому он прошел около 80 км и при этом пересек две речки. «Мне в первый раз пришлось быть в такой дикой и ужасной пустыне. Полнейшее отсутствие всякой жизни, голые, черные сланцевые гребни... вытянуты острыми зубчатыми скелетами в северо-восточном направлении». Роборовский установил, что к востоку от его маршрута «гор не видно; плоская равнина, немного понижаясь, уходит за горизонт». Это были первые данные о каменистой высокогорной пустыне Северо-Западного Тибета.
В июне экспедиция перебазировалась к озеру, открытому Козловым. Певцов поднялся на перевал Козлова в хребте Пржевальского (5085 м) и с вершины увидел на юге ту же каменистую высокогорную пустыню. Пройдя по нагорью до 36° с. ш., Певцов повернул обратно из-за необычайной, даже для опытных путешественников, трудности передвижения. Тогда же Козлов поднялся на хребет Пржевальского гораздо дальше к востоку и с перевала наблюдал ту же каменистую пустыню.
Позднее все соединились в оазисе Черчен. Роборовский в августе поднялся вверх по долине р. Черчен и его левого притока Улугсу и у истока реки достиг горы Улугмузтаг (7723 м), высшей точки хребта Пржевальского. Отсюда Роборовский повернул на восток. Он прошел по открытой Пржевальским межгорной котловине вдоль северных склонов хребта более 100 км, обнаружил высокогорное бессточное озеро Аччиккёль и впадающие в него реки и завершил открытие озера Аяккумкёль и рек его бассейна. Здесь он связал съемки экспедиций Певцова и Пржевальского. В результате этого маршрута Роборовский установил размеры межгорной котловины Культала (около 20 тыс. км2), описал ее реки и озера, уточнил положение восточного участка хребта Пржевальского и Уаякдыг.
Экспедиция прошла уже разведанным путем по долинам Черчена и Димналыка, перебралась к истокам р. Чарклык и завершила открытие хребта Актаг (вершина 6161 м). По долине Чарклыка она спустилась к озеру Карабуранкёль (юго-западнее Лобнора) и установила, что оно состоит из нескольких небольших озер. Здесь Роборовский догнал экспедицию. В результате общей работы было в основном завершено открытие всего Алтынтага.
Козлов исследовал вторую блуждающую реку бассейна Лобнора – Кончедарью, а Богданович впервые установил кочевание озера Лобнор: «...по всему течению Тарима от Лобнора до впадения Угендарьи (северный рукав Тарима) начинает ясно обнаруживаться… процесс сокращения Тарима... если выразиться фигурально, то Лобнор медленно начинает продвигаться вверх по реке».
Певцов же, обобщив материалы своей и прежних экспедиций, сделал вывод о размерах, границах и рельефе Таримской впадины, отметив при этом прогресс усыхания Лобнора. От крупного пресноводного озера Баграшкёль (1,4 тыс. км2), впервые описанного экспедицией, она прошла через восточные отроги Тянь-Шаня и обнаружила вместо простого по очертаниям хребта, показанного на карте Пржевальского, несколько сравнительно невысоких (до 4230 м) и коротких хребтов, в том числе Богдо-Ула. К северо-востоку от него была открыта Токсунская впадина, западная часть одной из самых глубоких материковых впадин Земли – Турфанской. Оттуда отряд шел на северо-запад в предгорной полосе между Восточным Тянь-Шанем и песками Дзосотын-Элисун, открыл и обогнул с запада озеро Телли-Нур (Манас), затем перевалил, продвигаясь на север, хребет Семистай (2621 м) и вышел к поселку Зайсан в начале 1891 г.
Результаты последней экспедиции Певцова, описанные в работе «Труды Тибетской экспедиции 1889–1890 гг. …» (1892–1897 гг.), были очень велики: установлены границы и размеры пустыни Такла-Макан; исследована горная система Куньлунь от 76 до 90° в. д. и впервые составлена (Богдановичем) схематическая карта всего Куньлуня; открыто высокое плато Северо-Западного Тибета и выяснены его приблизительные размеры; завершено открытие хребтов Русского, Пржевальского, Алтынтага и межгорной котловины Культала; открыт ряд новых хребтов; дана характеристика рельефа и гидрографии западной части Центральной Азии; очень продвинулось вперед разрешение «загадки Лобнора».