Ему было 27 лет, когда в 1866 году его просьба о переводе на службу в Восточную Сибирь была удовлетворена. В следующем году он обращается в Русское Географическое общество с просьбой командировать его в экспедицию в Среднюю Азию. П.П. Семенов (Тян-Шанский), возглавлявший тогда общество, предложил ему сначала испытать себя на Дальнем Востоке, в Уссурийском крае, на Амуре. Пржевальский блестяще выдерживает это испытание и через два года возвращается в Петербург сложившимся исследователем: пройдено три тысячи километров по тайге, по берегу Японского моря к озеру Ханка. В январе прибыл он в Петербург, а в ноябре того же года, после издания за свой счет книги «Путешествие в Уссурийском крае», отправился в свое первое центральноазиатское путешествие.
«Глубокая зима, — пишет Николай Михайлович, — с сильными морозами и бурями, полное лишение всего, даже самого необходимого, наконец, различные другие трудности — все это день в день изнуряло наши силы. Жизнь наша была, в полном смысле, — борьба за существование, и только сознание научной важности предпринятого дела давало нам энергию и силы для успешного выполнения задачи. Сидеть на лошади невозможно от холода, идти пешком также тяжело, тем более неся на себе ружье, сумку и патронташ, что все вместе составляет вьюк около 20 фунтов (8 килограммов). На высоком нагорье, в разреженном воздухе, каждый лишний фунт тяжести убавляет немало сил; малейший подъем кажется очень трудным… Наше теплое одеяние за два года странствий так износилось, что все было покрыто заплатами и не могло защищать от холода… сапог не стало вовсе, так что мы подшивали к старым голенищам куски шкуры с убитых яков и щеголяли в подобных ботинках в самые сильные морозы».
Но когда дошли до Тибета, то были потрясены невиданным обилием животных. Стада яков, антилоп двух видов (оронго и ада) объединились в тысячи голов. Вокруг них — стаи тибетских волков. За два с половиной месяца на Тибетском нагорье убито 76 крупных животных. Новый, 1873-й, год застал их в Тибете. «Еще ни разу в жизни не приходилось мне встречать Новый год в такой абсолютной пустыне, как та, в которой мы ныне находимся, — писал Пржевальский, — и как бы в гармонию ко всей обстановке, у нас не осталось решительно никаких запасов… Лишения страшные, но их необходимо переносить во имя великой цели экспедиции…»
23 января вышли к великой реке Китая Янцзыцзян, но еще почти месяц идти до Лхасы…
Два года об экспедиции Пржевальского ни в Петербурге, ни в Пекине ничего не знали. В Географическом обществе стали готовить большую спасательную экспедицию, запросили на нее средства от правительства. Но тут пришло сообщение из русского посольства, что один китайский чиновник, прибывший из Алашаня, уверяет, что с Пржевальским все в порядке — он возвращается назад, избрав другой путь: через пустыню Алашань и центральную часть Гоби.
В те дни, когда газеты Петербурга, Лондона и Парижа печатали тревожные слухи о гибели русской экспедиции в Тибете, Пржевальский со своим караваном пробирался по сыпучим пескам. И в самом деле не раз попадал в ситуацию, близкую к гибели.
Полтора месяца потребовалось на пересечение пустыни Гоби, жаркой и безводной. Единственным источником воды были очень редкие колодцы да небольшие мелкие озера на глинистых такырах, куда пригоняли монголы на водопой табуны лошадей и стада коров. Эта нагретая солнцем, взмученная копытами животных вода совершенно непригодна для питья, но приходилось пить и ее, заваривать в ней чай.
Был однажды случай, когда, отойдя от одного такого озера, отряд не встретил колодца, о котором говорил проводник. Его не было и через 10 и через 20 километров… «Положение наше было действительно страшно, — записал в дневнике Пржевальский, — воды оставалось в это время несколько стаканов. Мы брали в рот по одному глотку, чтобы хотя немного промочить совсем почти засохший язык. Все тело наше горело как в огне, голова кружилась…» Что делать? И Пржевальский приказал казаку и проводнику скакать вперед до тех пор, пока не появится колодец. «Скоро в пыли скрылись из глаз посланные за водой, и мы брели по их следу шаг за шагом, в томительном ожидании нашей участи».
Какова же была их радость, когда увидели казака, скакавшего во весь опор назад. Он вез с собой воду в чайнике. Колодец есть!
«Дело это было в два часа пополудни, так что по страшной жаре мы шли девять часов кряду и сделали 34 версты… Жаль, что быстро идти нельзя; устали мы сильно, да притом, несмотря на конец августа, еще стоит жара. Нужно видеть, в каком теперь виде наше одеяние. Сапог нет, а вместо них — разорванные унты; сюртук и штаны все в дырах и заплатах; фуражки походят на старые выброшенные тряпки, рубашки все изорвались, осталось всего три полугнилых…»