Сведения, привезенные Миддендорфом из Восточной Сибири, побудили Генеральный штаб в 1849 г. организовать большую экспедицию; одна из ее основных задач состояла в поисках золота и серебряных руд в Якутии, Удском и Амурском краях. Официально она называлась «Забайкальской», но главное внимание уделила Амурскому краю, известному в то время лишь по «скаскам» землепроходцев и данным Миддендорфа. Во главе экспедиции был поставлен офицер Генерального штаба Николай Христианович Агте (Ахте); научную часть представляли астроном Л.Э. Шварц, горный инженер Николай Гаврилович Меглицкий и три военных топографа. В июне 1850 г. Шварц и топограф Степан Васильевич Крутив, снарядившись в селе Горбице (на Шилке), через Амазар и его притоки прошли к истокам Алдана, намереваясь проследить его течение, но ранние снега и нехватка продуктов заставили их отказаться от этого. Они добрались до Олекмы и на плотах начали спуск к устью; сильный ледоход вскоре разбил плоты, и они пешком достигли Олекминска. В конце зимы 1850/51 г. большая часть сотрудников собралась в Якутске. По тракту они добрались до р. Май и через порт Аян — морем до устья Уды. Меглицкий и Крутив от Май повернули на юг и через южную часть Джугджура и отроги Станового хребта тоже вышли на Уду.

Весной 1851 г. топограф Василий Ефимович Карликов с небольшим отрядом из Горбицы прошел на северо-восток к истокам Гилюя (у 126° в.д.), а оттуда на восток, по водоразделу Алдана и Зеи до 131° в.д. и проследил Становой хребет на протяжении 300 км. Повернув к югу, он добрался до верховья Арги (система Зеи) и, перейдя плоский заболоченный водораздел, по Уде спустился до укрепления, где встретился с остальными членами экспедиции.

В июле 1851 г. Меглицкий и Крутив обследовали о. Большой Шан-тар, затем перешли на материк, поднялись по Тугуру и через верховья небольших рек, впадающих в Охотское море, вернулись в Удское укрепление; они открыли короткие (около 100 км) хребты Альский и Тыльский, самый высокий и длинный, а также Тайканский, северную часть почти меридионального хребта Ям-Алинь. Затем Меглицкий обследовал берег Охотского моря до Аяна и по тракту вернулся в Якутск.

По материалам своего маршрута и съемкам Крутива Меглицкий впервые довольно правильно показал направление Джугджура. Фактически он был первым исследователем хребта, так как Миддендорф, доставивший первые научные сведения о Джугджуре, только пересек хребет; Меглицкий же проследил его до широты Аяна. Он пришел также к выводу, что центр огромной территории между Леной, Становым хребтом, берегом Охотского моря и цепью гор, с которых стекают Яна, Индигирка и Колыма, не заслуживает названия низменности, как полагали ранее, — он скорее представляет плоскую возвышенность.

Шварц из-за болезни прибыл в Удское укрепление лишь в конце июля 1851 г., а в августе поднялся к истокам левого притока Уды, перешел у 132° в.д. низкий водораздел и по р. Купури достиг Зеи. Здесь он обнаружил возвышенную Верхнезейскую равнину и тем же путем вернулся на Уду.

Карликов вышел к истокам. Шевли (правый приток Уды) и по водоразделу Селемджи и Уды — хребет Джагды — достиг 130° в.д. и 54° с.ш. Отсюда он повернул на запад и, держась примерно этой широты, уже зимой на лыжах вернулся в Горбицу. Видимо, ему мы обязаны открытием хребта Тукурингра, протягивающегося от устья Гилюя к северо-западу.

В октябре — ноябре 1856 г. Крутив и Шварц с чертежником Алексеем Аргуновым (в роли топографа), перевалив хребет Джагды, двумя самостоятельными маршрутами обследовали гористую часть междуречья Селемджи и Бурей (хребет Турана), северные склоны Буреинских гор и южную часть Ям-Алиня, Крутив также проследил и нанес на карту течение Амгуни до устья Нимелена (300 км). По Нимелену и Тугуру все вернулись на базу. По данным Крутива и съемке Аргунова Шварцу позднее удалось нанести на карту хребет Дуссе-Алинь и весь Ям-Алинь (длина его 150 км, высота до 2295 м).

Карликов из Горбицы вторично пересек в северо-восточном направлении область притоков верхнего Амура и Олекмы и вышел на Становой хребет к истокам Тимптона (верхний приток Алдана) и Гонама (приток Учура). По линии водораздела этих двух рек (Алдано-Учурский хребет) он отправился к Алдану и спустился по нему на плоту к устью Учура, где соединился с экспедицией.

Весной 1852 г. Шварц, повторив свой первый маршрут, прошел по правому берегу Зеи на запад и пересек Верхнезейскую равнину. Повернув у 127° в.д. на северо-северо-восток, он в июле перевалил Становой хребет в верховьях Гонама. Проводников у него не было, и Шварц долго блуждал, пока не нашел верного пути; кончились продукты, и два месяца он питался одним оленьим мясом (без соли и хлеба), вдобавок он сильно повредил себе ногу топором. При спуске по Гонаму Шварц обнаружил низкие холмы, обширные плоские болотистые равнины и болотистые водоразделы (первые сведения об Алданском нагорье). Оставив Гонам, Шварц через невысокие горы в сентябре перешел на Гыным и, двигаясь вдоль скалистой гряды (Алдано-Учурский хребет), достиг устья Учура. Он пересек восточную часть Алданского нагорья и закончил путь в Якутске (октябрь 1852 г.). Летом 1852 г. Аргунов во главе партии рудокопов со съемкой двинулся с удской базы на север и примерно у 56° с.ш. свернул к западу. Через верховья Учура и озеро Большое Токо он вышел к истоку Алгамы (приток Учура) и связал свой маршрут со съемкой Карликова. От Алгамы Аргунов прошел по Становому хребту около 200 км далее к западу, повернул на северо-восток и достиг нижнего Учура. Построив здесь плот, он спустился к Алдану и соединился с экспедицией. Главным образом по материалам Аргунова Шварц впоследствии нанес на карту правобережные хребты Учура, в том числе Кет-Кап.

«Забайкальская» экспедиция Агте продолжалась три с половиной года; длина рабочих маршрутов ее участников составила более 20 тыс. км; обследованная территория площадью более 3 млн. км² была фактически открыта заново. По съемкам топографов экспедиции и многочисленным астрономическим пунктам, определенным Шварцем, Меглицкий и Карликов составили первую орографическую карту Амурского края, куда они включили «невероятную массу» проверенного расспросного материала, нанесли речные системы Амура, его притоков — Зеи, Бурей и Амгуни, а также Алдана и коротких рек бассейна Охотского моря. Они проследили восточную часть хребта Станового, Джугджур, Ям-Алинь и Дуссе-Алинь, открыли Верхне-зейскую равнину, Алданское нагорье и ряд небольших хребтов.