С 1855 г. начал работать экспедиционный отряд Географического общества, организованный в Иркутске астрономом Людвигом Эдуардовичем Шварцем, основной задачей которого было составить точную и подробную карту Юго-Восточной Сибири. В состав этого отряда вошли военные топографы, выполнявшие большие самостоятельные маршруты.

В июле 1855 г. топограф Арсений Федорович Усольцев от Нерчинска поднялся по р. Нерче (приток Шилки), описав ее долину почти до истока, и обнаружил к северо-востоку очень высокие горы — юго-западный край Олекминского Становика. Пройдя оттуда на запад между 53 и 54° с.ш., он пересек невысокие горы (хребты Черского и Яблоновый) и достиг р. Конды, а по ней — Витима. В сентябре Усольцев со съемкой проследил до истока весь верхний участок Витима длиной 450 км. Фактически он установил южную и западную границы Витимского плоскогорья. Перевалив водораздел Витима и Баргузина в его северной части, Усольцев спустился по долине Баргузина до устья, а оттуда проехал в Иркутск.

Другой топограф, Иродион Васильевич Орлов, в июле 1855 г. прошел от Байкала до истоков Баргузина, оттуда у 55° с.ш. на Верхнюю Ципу (система Витима) и открыл простирающийся в восточном направлении непрерывный ряд скалистых вершин (Южно-Муйский хребет). Двигаясь вдоль южного склона хребта по богатой мелкими озерами долине Нижней Ципы, Орлов проследил ее течение реки. Затем по долине р. Бамбуйки он добрался к Витиму и, обнаружив множество порогов, решил, что хребет переходит на правый берег реки. Он ошибся: хребет заканчивался у Витима. Фактически Орлов установил северную границу Витимского плоскогорья. Вернувшись на Ципу, он перевалил Южно-Муйский хребет в центральной части, по долине Муи (система Витима) поднялся до ее истоков, перешел в долину Верхней Ангары и, проследив все ее течение, обнаружил Верхнеангарскую котловину, окаймленную двумя водораздельными хребтами — Северо-Муйским и Верхнеангарским. Этим Орлов положил начало открытию южной части Станового нагорья.

Обобщив материалы Усольцева и Орлова, Шварц установил, что водораздел Баргузина и системы Витима представлен меридиональным хребтом (на наших картах Икатским). Витимское плоскогорье в бассейне Ципы резко отличается по рельефу от его западной и южной частей: «Обширные плоскости между отдельными цепями гор здесь почти вовсе не встречаются… горы ближе друг к другу, круче и имеют скалистые вершины… чем дальше к северу, тем [они]… выше и группируются в целые цепи».

В 1856 г. Усольцев производил съемку небольших левых притоков Амура, проследил и нанес на карту почти все течение Зеи. В июне 1857 г. из Нерчинска он добрался до Амазара (приток Амура) и прошел на север по нему и притокам Олекмы через Олекминский Становик и горный район к большим порогам р. Чары. На пути на правом берегу р. Калара (приток Витима) он обнаружил цепь скалистых вершин (Каларский хребет, длина около 350 км; и правильно определил, что самые значительные высоты обследованной им территории находятся близ 56° с.ш., а наивысшие отметки — в верховьях Калара (2515 м — хребет Удокан, длина 255 км). Фактически он открыл юго-восточную часть Станового нагорья. К северу от долин верхней Чары Усольцев засек другую горную цепь (хребет Кодар, около 200 км).

Обследовав нагорье до порогов Чары, Усольцев вернулся к верховьям реки и целый месяц ожидал проводников с оленями. Затем он направился на запад через обширные поймы рек Куанды и Муи (Муйско-Куандинская котловина), уже по снегу поднялся по Муе к истокам и путем Орлова вышел к северной оконечности Байкала. Затем он проследил северо-западный берег озера примерно до 55° с.ш., перевалил Байкальский хребет, пересек неисследованную горную местность в западном направлении и достиг Лены у 54° с.ш.; по пути он собрал большую коллекцию горных пород.

В 1858 г. Усольцев спустился по Амуру до устья Бурей, прошел вдоль ее левого берега на север по склону открытого им невысокого сплошного голого хребта Тураны, довольно правильно установил его длину (около 300 км) и нанес на карту. Продолжая двигаться к северу по ровной местности (Амурско-Зейская равнина), он достиг Селем-джи примерно у 130°30 в.д. и спустился по ней до Зеи и далее до Благовещенска.

Самый молодой участник экспедиции — И.С. Крыжин в 1857 г. снял все течение Киренги (приток верхней Лены, 746 км), затем по ее правому притоку Черепанихе поднялся к истокам и обнаружил здесь высокие горы (хребет Акиткан, западный край Северо-Байкальского нагорья). В 1858 г. он прошел по Иркуту до его истоков и посетил в пограничной Монголии озеро Хубсугул (впервые описано незадолго до него рудознатцем Григорием Мартьяновичем Пермикиным, исследователем Алтая и Саян).

Вернувшись на север, в июле Крыжин проник в верховья Оки (левый приток Ангары), повернул на запад, перевалил высокие горы — хребет Большой Саян — и вышел в верховья Бий-Хема (Большого Енисея). Крыжин охарактеризовал рельеф этого района как «высокое плоскогорье, на котором не возвышается ни одной горной цепи. Местность дика и пустынна… видны только черные голые скалы, грязно-белый снег и серый мох…». Следуя сначала на запад вниз по реке, а затем на север, через высокотравную степь (Тоджинская котловина), Крыжин поднялся на высокий хребет — центральную часть Восточного Саяна: «…вместо широких огромных масс камней здесь возвышаются крутые высокие пики; бесчисленное множество горных ручьев течет наподобие водопадов под глетчерами». Он правильно определил высоту перевалов и ряда остроконечных пиков хребта, а также отметил плосковершинный характер горных массивов. За хребтом он достиг верховьев Бирюсы и прошел на местные золотые прииски для пополнения запасов продовольствия.

В скалистой горной цепи (Удинский хребет, длина 160 км) близ верховьев Уды (система Енисея) Крыжин обнаружил «узловую точку, господствующую… над остальными частями цепи [пик Триагуляторов, 2875 м]… От узла цепь разделяется на две главные ветви: одна имеет направление на запад [Западный Саян] и образует линию водораздела между притоками Казыра на севере и Хамсары на юге. Эта скалистая цепь тянется до самого Алтая и содержит в себе истоки правых притоков Енисея… Другая тянется на северо-запад [Восточный Саян] и образует линию водораздела между левыми притоками Кизира на юге и реками [Уда, Чуна и Бирюса], из которых на севере образуется Тасеева» — нижний приток Ангары. Таким образом, Крыжин в общих чертах правильно разобрался в орографии этого сложного горного узла и нанес его на карту. С золотых приисков через верховья левых притоков Бирюсы он прошел на запад через холмистое плоскогорье, «над которым уединенно возвышаются высокие и широкие массы скал» — Манское Белогорье, и спустился в долину р. Маны (приток Енисея), «имеющую здесь весьма мрачный характер». На плоту по Мане и Енисею он добрался до Красноярска.

Сам Шварц в июле — августе 1857 г. прошел от Качуга (на Лене) к устью Витима и поднялся по нему примерно на 660 км до крупного Делюн-Оронского порога, но не мог преодолеть его, восемь дней исследовал прибрежные горы, а затем вернулся на Лену.

В июне 1858 г. Шварц из Минусинска через село Шушенское вышел к верховью р. Ои (приток Енисея). Здесь он обнаружил короткую горную цепь, гребень которой «был усажен огромными каменьями, глыбами и столбами» (Ойский хребет, длина около 80 км). По водоразделу истоков Ои (хребет Кулумыс) он двинулся на восток вдоль небольшого хребта Ергаки и достиг истоков быстрого и порожистого Уса (приток Енисея). По Усу Шварц сплыл на лодке до устья и обнаружил подходящую к правому берегу реки короткую зубчатую цепь (Араданский хребет), а ниже по течению — менее высокий Мирской хребет. В Минусинск он вернулся в августе 1858 г., закончив тем самым полевые исследования всего своего отряда.

Отряд Шварца добился больших географических результатов главным образом благодаря топографам. Он оконтурил Витимское плоскогорье, открыл и нанес на карту несколько высоких хребтов в Становом нагорье и Олекмо-Чарском плоскогорье, а также в Приамурье, положил на карту почти все течение Витима и Зеи, ряд их мелких притоков, Киренгу, Баргузин и Верхнюю Ангару, выполнил первую съемку Восточного Саяна. На основании собранных материалов Шварц составил карту Забайкалья и Амурского края, долгое время служившую единственной основой для исследований, карту, «которой могли доверять вполне в очень многих ее частях» (П. Кропоткин). Шварц «первый [независимо от Миддендорфа] высказал правильный взгляд о необходимости разделения Станового и Яблонового хребтов, объединявшихся в одну и ту же цепь» (В. Обручев).