На Памир, «Крышу мира»...
В 1878 году состоялась Фергано-Памирская экспедиция, план которой Северцов представил туркестанскому генерал-губернатору К.П. Кауфману ещё три года назад. Резолюция всесильного генерал-губернатора гласила: «Исследование Памира составляет давнишнюю мою мечту». Эти шесть слов открыли Северцову путь в места, которые после легендарного Марко Поло не посещались никем из европейцев.
Помимо верблюдов, в караване шли навьюченные яки, низкорослые, длинношёрстные быки, «коренные жители» Памира. Через перевал Кызыларт высотой 4280 метров в Заалайском хребте экспедиция вышла к долинам Памира. Рано начавшаяся в «высокогорной Арктике» зима с морозами и снегопадами заставила прервать движение и вернуться на зимовку в киргизский город Ош. Из него Северцов отправился в Ферганскую долину, где и зимой можно было работать. Там совершил несколько исследовательских походов, а 7 июля 1878 года экспедиционный караван вышел из Оша, направившись к Памиру. В самом начале пути при переправе через реку утонул мешок с солью, поэтому срок путешествия пришлось сократить.
Почти месяц занял путь к озеру Кара-Куль, суровому и безжизненному, окружённому голыми скалами. Ландшафт был безрадостный, словно неземной. Ничуть не радостнее оказалась встреча с проточным озером Яшилькуль, реками Гунт и Пяндж, заснеженным хребтом Рушанским.
В этой экспедиции Северцов проник в самое сердце Памира, к озёрам Кара-Куль и Ранкуль, в долину Муксу, в высокогорную пустыню Восточного Памира.
«Орографический очерк Памирской горной системы» — последняя книга учёного. В ней подытожена колоссальная работа, выполненная, по существу, одним человеком, Северцовым. У него было только три помощника — геодезист, ботаник и препаратор. И с этими небольшими силами он исследовал огромную территорию. Гербарий, собранный в Фергане и на Памире, содержал около тысячи видов. До экспедиции наука знала только десять видов животных, обитавших в Фергано-Памирском районе; после экспедиции их число превысило семьдесят.
Северцов впервые доказал существование особой, своеобразной Памирской горной системы, которую он называл «орографическим центром азиатского материка». Учёный установил, что орография, то есть описание гор региона, необыкновенно сложна. Кроме параллельных хребтов, есть и меридиальные, их пересекающие. Они соединяются в ряде мест в гигантские горные узлы, представляющие собой главные центры оледенения. Между параллельными хребтами раскинулись широкие продольные долины; между пересекающимися хребтами — замкнутые котловины. Для Тянь-Шаня характерны поднятые на три-четыре тысячи метров плоскогорья, ограниченные цепями относительно невысоких гор. Это — «сырты», издавна ценимые жителями гор как прекрасные пастбища.
Ещё более сложной системой показался Северцову Памир. Все основные элементы Тянь-Шаньского рельефа встречаются и на нём. Но если на Тянь-Шане преобладают хребты, то на Памире большую роль играют внутренние плоскогорья. Это переход к Тибетской системе, где гигантские высокие плоскогорья занимают уже господствующее положение.
Предстояло завершите всю проделанную работу изданием трудов экспедиции. Но тут генерал-губернатор Г.А. Колпаковский принял решение об увольнении Северцова, так как «в продолжение четырнадцати лет он посещал край лишь непродолжительными наездами для учёных экскурсий». Учёный просил сохранить ему содержание хотя бы на год-два, чтобы закончить обработку памирского материала. «Иначе мне нечем жить», — писал он следующему губернатору — М.Г. Черняеву. Но и тот подтвердил увольнение.