«Страна болот и песков, рек с длиннейшими заболоченными дельтами и широкими, плоскими поймами, вдоль которых очень часто тянутся холмы дюнных песков; страна, где весенние разливы рек распространяются на необозримые пространства и где они держатся до осени» — так охарактеризовал Полесье военный топограф Иосиф Ипполитович Жилинский. Поводом для детального изучения Полесья было сильное сокращение на правобережье Днепра луговых пространств из-за распашки земель — возникла необходимость увеличить площадь лугов за счет болот. И в 1873 г. была создана Западная экспедиция по осушению болот во главе с И. Жилинским.

За 25 лет (1873—1898 гг.) исследователи охватили территорию Полесья около 100 тыс. км², выполнили около 600 измерений высот, составили карту края. Материалы экспедиции Жилинского еще в рукописи были использованы А.А. Тилло для составления гипсометрической карты. «Полесье представляет обширную равнину, как бы дно гигантского плоскодонного сосуда с приподнятыми краями… Меньше всего приподнят западный край котловины, который составляет Балтийско-Черноморский водораздел. Сама же равнина состоит из двух слегка наклоняющихся друг к другу плоскостей, по линии пересечения которых протекает… Припять» (И. Жилинский).

Междуречье Припяти и ее левого притока Ясельды у 52° с.ш. представляет, как выяснил Жилинский, почти горизонтальную низменность (высотой 130–140 м), занятую Пинскими болотами (названы по р. Пина, система Ясельды). Здесь кaк бы центр, куда стремятся все главные притоки Припяти. Достигнув ее, они почти лишаются уклонов, теряют скорость, прокладывают в слабой почве множество русел, при малейшем повышении уровня воды выступают из берегов и, затопляя огромные пространства, придают местности характер… жидкого болота». Экспедиция описала и нанесла на карту почти 300 озерков и около 500 рек Полесья общей длиной до 9 тыс. км. Засняты были крупные притоки Днепра — Припять, Березина, Тетерев и притоки Припяти — Горынь, Стоход, Стырь, Турья, Уж, Ясельда, Птичь.

В 1889 и 1891 гг. Полесье изучал пионер русского болотоведения географ Гавриил Иванович Танфильев; он пересек этот край в шести разных направлениях. На юге, на границе с лёссовым Волынским плато, Танфильев выделил низменное Волынское Полесье. Результаты исследований он изложил в двух небольших работах, ставших классическими. По Г. Танфильеву, там преобладают не сфагновые, а травяные болота и торфяники, довольно легко поддающиеся осушению. Такие болота удерживают воду и после окончания половодья, даже летом. Он пришел к важному выводу: осушение Полесских болот не вызовет обмеления Днепра.

С 1894 по 1908 г. в Полесье работал Павел Аполлонович Тутковский. Используя гипсометрические данные Жилинского, других исследователей и свои замеры (около 300), он значительно уточнил представление о рельефе Полесья. В междуречье Ясельды и Пины он впервые описал невысокую, слабохолмистую возвышенность — Загородье. Он установил северную границу Волынского лёссового плато, обнаружив на территории Полесья выходы лёсса и северное окончание южнорусской кристаллической полосы (у 51°20' с.ш.), где речные долины, по большей части мало выработанные, «местами достигают глубины свыше 20 м, обставлены обрывистыми скалистыми берегами и имеют характер каньонов». В заболоченных местностях Полесья П. Тутковский выявил и положил на карту пять возвышенностей, в том числе Овручский кряж (высота — до 316 м, длина — около 50 км), с которого стекают правые притоки нижней Припяти.