Оказавшись в Оренбурге, Карелин быстро приобщился к изучению природы степного края. Этому способствовало ею знакомство с Эверсманном. От Эверсманна Карелин получил знания по ботанике, зоологии, минералогии. Эверсманн снабжал его книгами, руководил самостоятельными занятиями. И, видимо, приобщение к познанию природы помогло юному изгнаннику мужественно перенести незаслуженную опалу.
"Очутившись на чужой стороне, в ссылке, с совершенно пустым кошельком, никого не зная, Карелин не пал духом. Одаренный большим умом, крепким сложением и неистощимо веселым характером, он смотрел бодро, действовал прямо, честно и открыто, не любя углубляться в грустные размышления", — читаем мы в упомянутом очерке его дочери. И далее: "Он предался изучению естественной истории и, попав на этот желанный путь, не сошел с него всю жизнь. Природу он любил страстно, в изучении ее обретал свое счастье и прилеплялся к ней всей душой. Он стал делать экскурсии в степи и горы и занялся собиранием предметов естественной истории, которыми тот, дикий в то время край, был так богат"(5).
В Оренбургском артиллерийском гарнизоне Карелин прослужил с 1822 по 1826 год. Вскоре, оценив знания и способности ссыльного прапорщика, начальство крепости стало давать ему ответственные поручения, которые он успешно выполнял(6).
Уже летом 1822 года Карелин сопровождал известного русского археолога П. П. Свиньина(7) в его поездке по всей Оренбургской линии до границ Сибири. В 1823 году Г. С. Карелин совершил путешествие на Эмбу и плато Устюрт в составе военно-топографической экспедиции полковника Ф. Ф. Берга. В 1824 году он командируется в Башкирию, где открыл ряд месторождений горных хрусталей и дымчатых топазов. В том же 1824 году Карелина посылают на съемку и изыскание лучшего маршрута пути от Оренбурга до Симбирска и от Оренбурга до Екатеринбурга по случаю вояжа императора Александра I. В 1825 году Карелин принимает участие в экспедиции по изучению археологических памятников Малой Орды в казахской степи.
С 1826 по 1830 год Григорий Силыч находился в отставке. Не неся казенной службы, он в этот период выполняет разнообразные поручения оренбургских губернаторов: собирает статистические сведения об Оренбургском крае для профессора Арсеньева, сопровождает двух скандинавских ученых-геодезистов- профессора
Ганстена и лейтенанта Дуэ в их поездках для астрономических и магнитных наблюдений.
