Пока Гримм и Аленицын вели исследования самостоятельно, члены сухопутного отряда Богданов, Бутлеров и Барбот-де-Марни пересекли полуостров Мангышлак, поднялись на Усть-Урт, посетили развалины форта Ново-Александровского, пересекли пески Сели и Асмантай-Матай и спустились к Аральскому морю, где их в урочище Кара- Тамак ожидал Аленицын.
Некоторое время Богданов и Бутлеров плавали на барже с Аленицыным, а Барбот-де-Марни занимался исследованием берегов Арала, продвигаясь по суше вдоль побережья. Добравшись затем морем до горы Кушханетау, члены экспедиции расстались с Барботом-де-Марни, который дальше отправился в район форта Ново-Александровска и в Самарканд.
М. Н. Богданов и М. А. Бутлеров, выполняя вторую половину программы сухопутных исследований, занялись изучением фауны нижней части долины Амударьи. Они остановились в районе крепости Нукус, откуда делали выезды в Петро-Александровск, на Даукаринские озера и в другие пункты дельты. В начале октября они тронулись в обратный путь через Баймурат на Казалинск, где и закончился маршрут экспедиции. Были собраны богатые коллекции фауны, особенно птиц.
В конце октября 1874 г. участники Арало-Каспийской экспедиции вернулись в Петербург. Их краткие отсчеты были опубликованы в «Трудах Петербургского общества естествоиспытателей» (т. 6, вып. 1 за 1875 г.).
Материалы исследований публиковались в течение ряда лет в специальном издании. «Труды Арало-Каспийской экспедиции» выходили отдельными выпусками как приложение к «Трудам Петербургского общества естествоиспытателей». Большой исторический очерк Богданова об изучении Арало-Каспийского края с начала XVIII столетия, напечатанный в первом выпуске «Трудов» экспедиции (1875), служил введением к остальным работам, освещающим разные стороны исследований, проведенных членами экспедиции.
Второй выпуск заняла монография О. А. Гримма «Каспийское море и его фауна» (1876). Составлена она была на основе двух поездок Гримма на Каспий — в 1874 и в 1876 гг.
Исследования Гримма на Каспийском море в значительной степени выяснили состав его фауны и характер ее распределения. Впервые были найдены 13 видов простейших организмов. Изучение каспийских моллюсков было проведено наиболее полно, что дало возможность набросать в общих чертах картину их эволюции. Последнее обстоятельство сильно способствовало выяснению геологической истории Каспийского бассейна, так как моллюски— древняя и малоподвижная группа организмов — представляют хороший материал для иллюстрации геологических преобразований заселяемых ими водоемов.
