Продолжая движение на юго-восток, караван более 400 километров шел, пересекая южные отроги Хангая. Дальнейший путь пролегал через пустынные пространства Гоби, по которой путешественники прошли 600 километров.
После утомительного странствия в самое суровое время года по горам, степям и пустыням Монголии Певцов в начале декабря достиг, наконец, города - Куку-хото. Отсюда караван прошел в город Калган, где правел два зимних месяца (январь и февраль).
В обратный путь путешественники направились на Ургу по торговому тракту через Миигам, Ихы-удэ и Уйц-зын. Из Урги караван возвращался в Россию через город Улясутай и далее на запад, перевалив Хангай, снова пройдя по межгорной долине к хребту Сайлюгему и через последний в Кош-агач.
Прибытием в Кош-агач Певцов закончил тринадцатимесячное путешествие по Монголии и Китаю, совершив в общей сложности маршрут протяженностью свыше 4 тыс. километров.
Вскоре после возвращения, в августе 1879 года, в Омск Певцов сделал краткое сообщение об этой экспедиции на общем собрании членов Западно-Сибирского отдела. "...С обычной скромностью он излагал факт за фактом, пункт за пунктом. Как тихий ручей, текла его плавная, спокойная, обоснованная на незыблемых научных данных и личных наблюдениях речь, без всякого пафоса и без всяких эффектных, но скороспелых обобщений" {Там же.}, -- вспоминает один из членов Отдела, слушавший сообщение Певцова.
Только в 1881 году Певцов, отвлекаемый служебными делами, сумел полностью закончить отчет об этой экспедиции. В 1883 году он был опубликован в V томе "Записок" Западно-Сибирского отдела Русского географического общества под названием "Очерки путешествия по Монголии и северным провинциям Внутреннего Китая".
"Очерки" содержат подробные и разносторонние географические описания территорий, по которым до Певцова не проходил еще ни один исследователь. В них приводятся сведения о климате, растительности, животном мире и геологическом строении мест, посещенных путешественником, а также и результаты многочисленных этнографических наблюдений.
В этом труде чувствуется уже большая зрелость и опытность путешественника, чем в первом отчете о Джунгарской экспедиции. Певцов смелее делает обобщения и выводы, многие из которых были впоследствии блестяще подтверждены исследованиями других путешественников.
Значительную ценность для науки представляют астрономические наблюдения Певцова, на основе которых с большою точностью были определены географические координаты 28 пунктов в Монголии и Китае.
