В столице Карелин знакомится с 18-летним студентом Санкт-Петербургского университета Иваном Петровичем Кириловым, одним из потомков И. К. Кирилова (1695–1737) — первого начальника Оренбургской экспедиции. Родился он в 1821 году в г. Ялуторовске Тобольской губернии, где отец его был исправником. Учился сначала в Тобольске, а потом в иркутской гимназии. Первоначальные знания по ботанике он получил в Иркутске от С. С. Щукина. В 1835 году Кирилов совершает свое первое путешествие вместе с Н. С. Турчаниновым (18) по южному берегу озера Байкал. В следующем, 1836 году Иван Кирилов осуществил уже самостоятельную поездку в Саяны, где собрал много редких и ценных растений.
В Кирилове Карелин нашел достойного ученика и помощника, которого ему очень не хватало в предыдущих путешествиях. Еще с дороги, из Москвы, Карелин пишет в Оренбург жене: "Не удивись, друг, я везу с собой юношу, которого прошу тебя принять как сына, этот молодой человек — Иван Петрович Кирилов, сирота, страстный ботаник, бедняга, но студент С.-Петербургского университета. Он едет теперь со мной, а потом я возьму его с собой в Сибирь, где надеюсь найти в нем помощника и товарища просвещенного…" (19).
Два с половиной года Карелин и Кирилов были связаны тесной дружбой и плодотворным сотрудничеством. Ванечка Кирилов был фактически усыновлен семьей Карелиных. Григорий Силыч стал для его "папкой", Александра Николаевна — "маменькой", а дочери Карелина — сестрами. В путешествии по Сибири с 1840 до 1842 года "этот милейший человек, — пишет С. Г. Карелина, — превзошел возлагаемые на него надежды отца нашего: он был неутомим в работе, предан отцу и полезен ему в качестве помощника, как еще никто не бывал"(20).
Жизнь И. П. Кирилова трагически оборвалась в 1842 году в г. Арзамасе на пути в Москву, куда он был направлен Карелиным с отчетом. Осталось тайной, действительно ли Кирилова сразил приступ аппендицита, или западносибирский губернатор Горчаков, опасаясь карелинского донесения, нашел свои средства убрать молодого ученого.
Пять лет — с 1840 по 1845 год — провел Карелин в путешествиях по Восточному Казахстану и Южной Сибири. Он значительно расширил знания о природе Тарбагатая, Джунгарского Алатау, выяснил орографические особенности хребтов, дал общую характеристику их геологического строения.
Рассмотрим по годам поездки Карелина в соответствии с его автобиографической запиской 1852 года(21).
1840 — обследование южного Алтая с высочайшим Нарынским хребтом и Тарбагатая.
