10 июня путешественники вышли в долину верхнего течения Янцзы. Собрав довольно большие ботанические и зоологические коллекции, путники покинули долину Янцзы и повернули обратно к верховьям Хуанхэ. Пржевальский решил исследовать два больших сообщающихся озера, расположенных в верхнем течении этой реки.
Путь по горам был очень тяжелым. Сильно затрудняли движение каравана непрерывные дожди, вздувшиеся реки. На одной из переправ, спасая уплывавших баранов, чуть не утонул Роборовский.
3 июля караван поднялся прежним путем на водораздел Хуанхэ и Янцзы и вступил вновь на Тибетское плато. Было лето, а здесь, на большой высоте, путешественники попали в стужу и сырость. Дожди нередко сменялись снегопадом, по ночам морозило. Болота, топи, разлившиеся речки встречались на каждом шагу. Люди спали на мокрых войлоках, одежда на них не просыхала, оружие постоянно ржавело. От пронизывающего до костей холода страдали не только сами путешественники, но и верблюды.
11 июля караван вышел в озерную котловину. Пржевальский установил, что Хуанхэ, образовавшись из ключей и речек в котловине Одонь-тала, вскоре проходит через два больших озера, сразу увеличиваясь в размерах. При обследовании озер было установлено, что каждое из них имеет около 130 верст в окружности, берега их гористы и довольно изрезаны, разделяются они перешейком шириной менее 10 верст. Вода пресная. Впервые были правильно определены местоположение озер и их конфигурация. Не зная местных названий, Пржевальский обозначил одно из озер, лежащее восточнее, озером Русским (оз. Орин-Нур), а лежащее западнее — озером Экспедиции (оз. Джарин-Нур).
Пребывание на Тибетском плато в районе истоков Хуанхэ было не только тяжело физически, но оказалось и опасным. Близ озера Джарин-Нур впервые были встречены тибетцы, которые расположились на ночлег верстах в двенадцати от лагеря Пржевальского. Думая, что это проходящий караван, Николай Михайлович не обратил на него особого внимания. Но на рассвете следующего дня вдруг послышался конский топот и часовой увидел большой отряд всадников, скакавших к лагерю. Другой отряд приближался с противоположной стороны. Это были разбойники, грабившие караваны. Путешественникам пришлось дважды отбивать их нападение. За военное отличие Пржевальский произвел всех солдат и казаков в унтер-офицеры и урядники.
Обследовав и нанеся на карту берега озер Орин-Нур и Джарин-Нур, отряд направился вдоль долины Хуанхэ к Цайдаму и в начале августа благополучно вернулся к своему складу на дворе Барун-Засака. Здесь караван две недели отдыхал и готовился к новому этапу путешествия.