С учетом сказанного выше Грумм-Гржмайло, готовясь к путешествию, тщательнейшим образом проштудировал имеющуюся литературу, прежде всего отчеты об экспедициях, а в составлении маршрута его консультировали И. В. Мушкетов и В. Ф. Ошанин. Маршрут этот, согласно первоначальному плану, выглядел следующим образом: путешественник должен был пройти мимо высокогорного (3914 м над уровнем моря) озера Каракуль и выйти в Алайскую долину, проникнуть как можно дальше вверх по реке Муксу и взойти на ледник Федченко, а затем, насколько будет возможно, изучить местность в районе реки Маркансу. То есть спектр предполагаемых исследований был весьма обширен – не только энтомологические, но и этнографические, а также маршрутная съемка в долинах рек Муксу и Маркансу.
Через месяц после выхода из Оша Григорий Грумм-Гржимайло через Караказакский перевал пересек Алайский хребет. В середине июля он находился у подножий Заалайского хребта, затем перешел через Терсагарский перевал и достиг верховий реки Муксу. Однако выйти на ледник Федченко помешала плохая погода. Григорий принял решение вернуться на Заалайский хребет, пересек его, воспользовавшись Кызылартстким перевалом и дошел до озера Каракуль. Отсюда экспедиция повернула в обратный путь и 20 августа вернулась в Ош.
За три месяца Григорий Грумм-Гржимайло прошел более 600 км. Энтомологическая коллекция составила 12 тысяч экземпляров 146 видов, из них 30 вновь открытых. Григорий Ефимович впервые произвел съемку в верховьях Муксу, им сделаны измерения высот, метеорологические и этнографические исследования и т. д. Предварительные итоги путешествия были опубликованы в ХХ томе «Известий Русского географического общества» и втором томе «Mе́moires sur les lе́pidoptères».
* * *
Результаты первой экспедиции Григория Грумм-Гржимайло превзошли ожидания. Он был настолько увлечен новизной лепидоптерологической фауны и природой нагорных районов Азии, что решил не возвращаться в Санкт-Петербург, а провести зиму в Средней Азии и весной следующего года продолжить исследования. Он рассматривал два плана дальнейших действий. Первый – выйти к Мервскому оазису, который был недавно занят русскими войсками и на территории которого был некогда расположен Мерв – древнейший известный город Средней Азии, затем посетить долину реки Мургаб, перейти через хребет Копетдаг, а на обратном пути добраться через долину Мургаба до афганского города Андхой и долину Амударьи в горные районы Бухарского ханства. Второй план – из Самарканда идти непосредственно в горные районы Бухары.