Весной 1769 г. Паллас поручил своему спутнику 22-летнему Николаю Петровичу Рычкову, сыну П.И. Рычкова, обследовать лесостепь и степи Заволжья и среднего течения Камы. Летом 1769 г. Н. Рычков из Симбирска прошел на восток по «безлесным и необитаемым местам» до р. Шешмы, притока Камы. «По правой стороне ее течения находятся горы невысокие, а по левой места низкие, лугами и множеством озер изобилующие» — западная граница Бугульминско-Белебеевской возвышенности. От истоков Шешмы Н. Рычков «поперек высоких… каменных гор» добрался до р. Зай, которая прокладывала себе на север путь вдоль тех же лесистых гор, и правильно указал ее истоки. Поднявшись по Каме до устья р. Ик, он проследил ее почти до истоков, берущих начало «из довольно высоких гор» — самый приподнятый участок возвышенности. Река пробиралась среди камышей и стариц. «По правую сторону ее [среднего] течения находятся крутые, лесистые… каменные горы, а с левой подошли открытые степи…» — широкая низменная долина между 54 и 55° с.ш.

Не доходя истоков Ика, Н. Рычков свернул к западу через центральную часть возвышенности, ничем, «кроме великих каменных гор», не характерную, и описал верховья рек Сок и Кинель, отметив «высокие каменные горы» ее правого берега — Кинельские яры, южный край Бугульминско-Белебеевской возвышенности. Осмотрев истоки Дёмы (приток Белой), он пересек восточный участок Общего Сырта: «Превысокие каменные холмы видимы на поверхности отделившихся гор, а при подошве оных находятся глубокие и весьма приятные долины, где протекают многие источники и реки». Зиму 1769/70 г. он провел в Оренбурге.

Летом 1770 г. Н. Рычков обследовал часть р. Белой, ее приток Танып и «нагорную сторону» Камы — Сарапульскую возвышенность (между 56 и 57° с.ш.). По Каме он спустился до ее устья, повернув на север, добрался до устья р. Чепцы, впадающей слева в Вятку у 50° в.д., и проследил почти всю Чепцу, не дойдя примерно 70 км до ее начала. Затем от средней Чепцы он прошел около 15 км на север к истокам Вятки: «Собрав множество речек, течет Вятка близ Чепцы около 400 верст…».

В конце августа Н. Рычков от истоков Вятки перебрался в верховья Камы, которая, как Вятка и Чепца, берет начало на Верхнекамской возвышенности: «Истоки Камы… выходят из пологого увала. Воды… с приятным шумом текут сперва на запад до самой подошвы увала, потом поворачивают к полуночи… в лесистую долину. [Собрав]… неописанное множество болотных и ключевых вод», Кама вскоре становится глубокой и судоходной. Общую длину Камы (1805 км) Н. Рычков лишь немного преувеличил. Он описал еще две реки ее системы — Обву и большую часть Колвы, в низовьях которой отметил ряд вершин кряжа, позже получившего название Полюдова.

Зимовал Н. Рычков в Челябинске. Весной 1771 г. его срочно вызвали в Орск, а летом он с военным караваном прошел по степи до р. Ишим. Он осмотрел степи по р. Ори и к востоку от Мугоджар. В походе он заболел и вернулся в Оренбург. В августе 1771 г., «чтобы не потерять напрасно время», он проехал к устью Дёмы и описал ее нижнее течение.

Результаты его исследований (с картой) опубликованы в 1770–1772 гг. Он верно заснял много рек, стекающих с Бугульминско-Белебеевской возвышенности, большую часть которой обследовал. Пусть Рычков очень кратко и бегло описал район верховьев Камы и Вятки, все же он был первым научным исследователем Верхнекамской возвышенности.