В 1872 г. Федченко начал подготовку к новому путешествию в Туркестан. Он поставил своей целью продолжить маршруты к югу от Алайской долины, проникнуть на Памир и раскрыть его тайны. Он не сомневался в успехе задуманного дела. «Если бы теперь, — писал он после поездки в Алай, — при тех сведениях, которые собраны мною во время совершенного путешествия, можно было бы отправиться на Памир, то я отправился бы и перешел бы его весь, не спрашивая ни у кого дороги…»
Федченко хорошо помнил свои затруднения при попытке исследовать ледник Щуровского в верховьях Исфары. В 1873 г. он вместе с женой отправился в научную командировку за границу, в Швейцарию и Францию. В его намерения входило попутно с геологическими экскурсиями в Альпах ознакомиться с ледниками в районе высочайшей вершины Западной Европы Монблана. Федченко прибыл в Шамони — небольшое альпийское селение, расположенное недалеко от одного из ледников Монблана. На следующий день он отправился в путь с двумя проводниками из Шамони, рассчитывая достигнуть верховий ледника и к вечеру того же дня прибыть в приют, лежащий за перевалами. Подъем по леднику продолжался десять часов. До перевала уже было недалеко, но внезапно ухудшилась погода. Начавшийся дождь перешел в снег. Бушевала метель, путники повернули обратно, с трудом отыскивая путь в хаосе трещин ледника. Одежда Федченко намокла, холод сковывал его движения. К 9 часам вечера, когда совсем стемнело, силы оставили его, и он опустился на лед. Гостиница у ледника была близко, и если бы один из проводников без промедления отправился туда, то помощь пришла бы не позже полуночи. Но этого не сделали. В 2 часа ночи проводники бросили своего умирающего спутника на произвол судьбы. Несколько швейцарских проводников утром поднялись на ледник и нашли там полузасыпанного снегом путешественника. К вечеру, когда Федченко доставили вниз, он был уже мертв.
Федченко похоронен в Шамони. На его могиле установлен скромный памятник, в основании которого лежит глыба неотесанного гранита. На мраморной плите надпись: «Ты спишь, но труды твои не будут забыты». Рядом с надписью помещена большая золотая медаль, которую Общество любителей естествознания России присудило исследователю Средней Азии за его заслуги перед наукой. В память об этих заслугах именем Федченко назван один из величайших ледников Памира.
Вокруг Заалайского хребта
В 70-х годах прошлого столетия в открытые Федченко северные окраины Памира стали проникать новые исследователи.
В 1876 г. были проведены рекогносцировки в направлении перевала Кызыларт. Военный географ Н. Костенко в сопровождении геодезиста Бенсдорфа и отряда казаков достиг перевала и, продвигаясь на юг, вышел в котловину оз. Каракуль. Отряд под командованием Витгенштейна, продвигаясь западнее, достиг долины р. Мургаб.