По приезде в Омск, осенью 1862 г., он поступил в распоряжение Струве, находившегося уже в городе; но до весны, когда следовало ехать на Алтай, оставалось много времени. Григорий Николаевич принял деятельное участие в организации выборов депутатов от казаков в собрание, которому было предложено обсудить новое положение для казачьего войска. Это предложение было составлено комитетом, назначенным генерал-губернатором специально для этой цели. Собрание выбрало Григория Николаевича одним из секретарей; остальные секретари были молодыми офицерами, сочувствовавшими реформам в демократическом духе. Секретари руководили работой, собрание резко критиковало текст положения, составленный комитетом. Для выработки окончательного текста положения устроили совместные заседания и собрания, на которых Григорий Николаевич выступал защитником интересов простых казаков, чем возбудил против себя неудовольствие офицеров и получил от них аттестацию бунтовщика. Зато простые казаки видели в нем своего заступника. Начальник штаба казачьих войск Гулькевич, сочувствовавший реформе, добился того, что проект нового положения, составленный в демократическом духе, был отправлен в Петербург.
Весной 1863 г. астроном Струве и Потанин прибыли в русскую колонию Кокбекты, расположенную недалеко от южного подножия Калбинского хребта. Последний составляет продолжение Алтая на левом берегу Иртыша и тянется на запад, постепенно понижаясь и распадаясь на отдельные гряды гор и холмов. В качестве проводника пригласили бия Тану Тлемисова, известного у киргизов своими познаниями в степном обычном праве и в юридической практике. Тана раньше кочевал по южному Алтаю и хорошо знал там местность и население: он был проводником в экспедиции капитана Влангали, изучившей Калбинский хребет.
15 апреля (ст. ст.) караван выступил из колонии вниз по речке Кокбекты, впадающей в озеро Зайсан-нор, и через несколько дней дошел до ее устья, которое отстоит от колонии почти на 100 километров. Местность по берегам речки представляла щебнистую степь, поросшую главным образом полынью. Вдоль речки чередовались лужайки, заросли таволги, караганы, камыша и площади солончаков. Речка вскоре исчезла, вода текла под землею, появляясь в отдельных впадинах русла в виде маленьких озерков, которые киргизы называли карасу (черная вода). Эти карасу были окаймлены зарослями чия, злака, растущего большими пучками; его длинный и жесткий стебель оканчивается соцветием в виде метелки. Животные едят только молодые побеги, старые слишком тверды, и у них они объедают только метелки. Чий распространен по всей Внутренней Азии и в Киргизской степи; монголы называют его дэрису.
Злак чий (дэрису)
В урочище Джусагач исчезнувшая вода речки появилась опять в виде многочисленных чистых ключей, текущих отдельными руслами среди гряд галечника и валунов; здесь росли тополя (откуда и название места — сто деревьев), образовавшие большую, но не густую рощу с кустами жимолости, тала, боярышника и шиповника. В низовьях речка опять изменила свой характер,— здесь вдоль узкого и глубокого русла тянулись заросли камышей.
От устья караван прошел вдоль берега озера к выходу Иртыша. Здесь степь была песчаная, а ближе к озеру — солонцеватая, проросшая камышом, в котором ютилось много птиц. Всю ночь в камыше раздавались крики гусей, уток, куликов и лебедей, делавших здесь привал в своем перелете на север.
Переправившись через Иртыш, путешественники шли дальше на восток вдоль берега Зайсан-нора, отмечая характер местности, растения, животных и состав почвы.
Потанин собирал гербарий, Струве вел маршрутную съемку.
Побережье озера было сырое, песчаное, поросшее осокой и камышом; его окаймляли несколько параллельных песчаных валов, набросанных во время сильных юго-восточных ветров, а за ними расстилалась песчаная степь, поросшая полынью и мелкими кустами.
Однообразие местности нарушалось отдельными холмистыми мысами и горой Чакыль-мес; вокруг нее берег сложен из пестрых глин — серых, желтых и красных, в которых дождевые воды промыли ветвистые узкие овраги; подобные места киргизы называют «Керчь».
У восточного конца озера полоса камышей расширилась: она занимала всю дельту реки Черный Иртыш, впадающей в озеро. Здесь караван был встречен племянником проводника Таны Мухаммед-султаном, который выехал далеко в степь.
Значение гостя в степи измерялось расстоянием до юрты хозяина, на котором хозяин встречал гостя. К самым почетным гостям хозяин выезжал дальше, к мало почетным выходил на несколько шагов от юрты. Дальний выезд предвещал путешественникам хороший прием.
В юрте гостей встретила мать Мухаммед-султана, веселая старушка. Тана рассадил по местам не только киргизов, но и членов экспедиции сообразно их значению, а сам занял самое почетное место и первенствовал в течение всей церемонии угощения.
Не ограничиваясь угощением в юрте, Мухаммед-султан прислал начальнику экспедиции в качестве «кунагаса», т. е. подарка, кобылу, быка и несколько баранов. Размеры таких подарков зависели как от богатства хозяина, так и от значения, которое он придавал гостю.
Караваи в это время стоял в урочище Чингильды, в песчаных холмах близ устья Черного Иртыша. Григорий Николаевич увидел здесь киргизскую зимовку «кыстау». Стены этого зимнего жилища сложены из плиток сухого навоза укреплены внутри и снаружи пучками камыша; горизонтальная крыша из камыша лежала на закопченных жердях, подпертых столбиками. Два входа с противоположных сторон вели в кривой коридор, который делил жилье на две части: одну для людей, другую для овец. В жилой половине в крыше было отверстие для выхода дыма, заменявшее также окно; под ним на земле разводили огонь. Топливом у кочевников служит главным образом сухой помет животных, пасущихся в степи. Разные виды его имеют даже разные названия: киргизы называют коровьи лепешки «джепа», лошадиные шары — «тезек», а овечьи шарики — «кумалак». Из последних, политых водой и размятых, делают кирпичи, которые сушат, как плиты торфа; они служат и для топлива, и для постройки зимовок. В горах, где много камня, стены делают из каменных глыб и плиток, но возле зимовок и здесь всегда видны кучи сохнущих «ки», т. е. кирпичей из овечьего помета.
Направившись из урочища Чингильды на север, в горы Сары-тау, по неровной холмистой степи, экспедиция пересекла плоские возвышенности и промежуточные долины и впадины. Местность сделалась более разнообразной; в одной из долин участники экспедиции видели стадо сайг (антилоп) и кулана (дикого осла). 22 мая пришли в долину реки Кальджир, расположенную среди более высоких гор; их северные склоны были покрыты лесами лиственницы, тогда как на южных склонах пояс степных кустов и трав прямо переходил в альпийские поляны. Река Кальджир вытекает из озера Марка-куль и в верхнем течении проходит по глубокому недоступному ущелью. Обходя его, путешественники поднялись на горы, окружающие озеро с юга, и шли по альпийским лугам, пересекая верховья долины бассейна реки Алкабек, впадающей в Черный Иртыш выше Кальджира. Здесь они встречали киргизские аулы, прибывавшие на летовки (джайляу).