А 21 июля ученый уже снова в Оренбурге и затем держит путь вниз по Уралу, к Каспийскому морю.

Паллас подробно описывает свой маршрут по правобережью Урала, характеризует окрестности Нижнеозерской и Рассыпной крепостей, Илецкого городка (с. Илек), Кинделинского и Иртекского форпостов. Опытный глаз натуралиста ничего не оставляет незамеченным. Паллас отмечает выходы мела у Чесноковки, находит редкие растения в заросших балках у Рассыпной, описывает песчаные барханы за Иртеком, "на которых растет дикий овес" и "достойная удивления курчавая степная малина", то есть кузьмичева трава, или эфедра.

Дальнейший путь Палласа пролегает вдоль реки Урал. Он делает большие остановки в Уральске и крепости Калмыковой. Здесь он изучал рыбные промыслы яицких казаков, которые затем подробно описал в своих "Путешествиях…".

Паллас отметил, что лов рыбы на Яике проходил четыре раза в году. Первый — самый важный — в январе, когда ловили преимущественно осетра и белугу баграми на ятовях или в зимовальных ямах. Второй лов приходился на май. В это время казаки сетями с лодок ловили севрюгу. Осетров и белуг, попавшихся в сети в мае, отпускали обратно в реку. В октябре следовала осенняя плавня, а в декабре велся лов местной рыбы на зимовалах для домашнего пользования. Рыбные промыслы яицких казаков строго регулировались местными законами и обычаями. Нарушители правил рыболовства строго наказывались.

Из крепости Калмыковой Паллас совершает небольшие поездки на Богырдай и к Индерскому озеру. 24 августа 1769 года он добрался до Гурьева. Отсюда путешественник сделал небольшую экскурсию в дельту Урала и на каспийское взморье. Здесь он обратил внимание на колебания уровня Каспийского моря в зависимости от климатических условий.

31 августа экспедиция Палласа оставляет Гурьев и возвращается назад той же дорогой вверх по Уралу. Не доезжая до Оренбурга, у крепости Чернореченской он свернул на Каргалу, проехал Сакмарский городок, Имангулово на Салмыше, Тугустемир, Стерлитамак и проследовал далее до Уфы. Зиму 1769–1770 года Паллас провел в Башкирии. В феврале 1770 года он посылает из Уфы студента Никиту Соколова с чучельщиком "весновать" в Гурьев для изучения яицких степей и каспийского рыболовства. Соколов собрал много дополнительных сведений о природе прикаспийского края, побывал в Рын-песках и привез Палласу в Челябинск множество интересных растений и животных, среди которых были еще не известные науке виды.

На пути в Челябинск экспедиция Палласа впервые пересекла горы Южного Урала примерно по параллели 55° северной широты. Обобщая свои наблюдения в Уральских горах, Паллас затем создал свою теорию образования горных хребтов. Он впервые обратил внимание на меридиональную зональность в строении Урала.

В 1771–1772 годах Паллас вместе со своими спутниками путешествует по Западной Сибири, Алтаю и доходит до Забайкалья. Весной 1773 года, совершая обратный путь, он вновь оказывается в бассейне Урала.

10 мая Паллас обследует местность у речки Иртек, протекающей по Общему Сырту и впадающей в Урал против села Бурлин Уральской области. "По ту сторону Иртека, — пишет Паллас, — степь вдруг переменяется в сухую, голую и исполненную полынью покрытыми солончаками"(5).

С берегов Иртека Паллас направляется вниз по Уралу через Январцевский форпост (ныне с. Январцево Уральской области) в город Уральск. Из Уральска он посылает в Индерские горы студента В. Зуева.

24 мая 1773 года экспедиция Палласа двинулась в степь на юго-запад от реки Урал через низовья Кушума к Камыш-Самарским озерам. В результате были получены первые достоверные сведения о Кушуме и особенностях его гидрологического режима.

После Кушума экспедиция Палласа пересекает Рын-пески и 8 июня достигает берегов Волги у Ахтубы. Путешествия вдоль Волги приводят ученого к окончательным выводам об естественноисторическом развитии края, которые он подробно излагает в своем путевом дневнике под заголовком "Древние берега Каспийского моря"(6).

Летом 1774 года, собрав богатейший географический материал, Паллас вернулся в Петербург.

Последующие 20 лет Паллас живет в российской столице. Результаты экспедиции были им опубликованы в трехтомном труде "Путешествия по разным провинциям Российского государства", изданном в 1773–1778 годах. Во время экспедиций путешественник собрал обширные естественноисторические коллекции, составившие основу музеев Петербургской Академии наук и Берлинского университета.

Паллас открыл и описал много новых видов млекопитающих, птиц, рыб, насекомых. Исследовал останки буйвола, волосатого носорога и мамонта, обитавших в доледниковый период в северных широтах Евразии. Ему принадлежит фундаментальный труд "Флора России".

Благодаря своим трудам Паллас достиг большого научного авторитета, материального достатка и высокого чина статского советника. Но он мечтает уехать из Петербурга поближе к богатой природе южных широт и весной 1794 года переезжает вместе с семьей в Крым. Здесь он прожил около 15 лет и завершил работу над капитальным трудом "Российско-Азиатская зоогеография", изучал флору, фауну, геологию, историю и хозяйство Крымского полуострова.

В 1810 году, продав все крымские имения, Паллас возвратился на родину в Берлин, где и умер год спустя.

Научные труды П. С. Палласа получили высокую оценку еще при его жизни. Результаты исследований ученого публиковались в Германии, Англии, Франции, Голландии, Италии. С годами вклад ученого в естествознание стал оцениваться еще выше, поскольку его гениальные догадки и предположения стали подкрепляться достоверными научными данными. Говоря о заслугах П. С. Палласа, другой известный исследователь природы оренбургских степей Н. А. Северцов писал: "Нет отрасли естественных наук, в которой Паллас не проложил бы нового пути, не оставил бы гениального образца для последовавших за ним последователей… Он подал пример неслыханной до него точности в научной обработке собранных им материалов. По своей многосторонности Паллас напоминает энциклопедических ученых древности и средних веков; по точности — это ученый современный, а не XVIII века". Оценка Северцова остается верной и в наши дни.