В начале 1859 г. в Иркутске по распоряжению Географического общества для изучения геологического строения Амурского края и Сахалина была организована экспедиция, возглавлявшаяся геологом и палеонтологом Федором Богдановичем Шмидтом. В состав ее вошли ботаник и топограф. Летом 1859 г. и весной следующего года Шмидт выполнил геологическое исследование Восточного Забайкалья и низовьев Амура.

Летом и осенью 1860 г., перейдя на Сахалин, Шмидт вместе с топографом Герасимом Васильевичем Шебуниным на вельботе провел изучение и съемку западного берега острова на протяжении более 700 км. Ботаник Петр Петрович Глен — большей частью один, иногда вместе с Шебуниным — ознакомился с внутренними частями острова и его северной оконечностью. Глен впервые выявил основные орографические особенности Сахалина, разнообразие и сложность его рельефа. В южной и центральной частях, по Глену, господствуют горы, протягивающиеся вдоль берегов и разделенные узкими низменностями. Он выделил несколько меридиональных хребтов различной длины, в том числе Западный и Восточный, а также Центральную низменность — по долинам рек Тымь и Поронай. На севере Сахалина Глен обнаружил преобладание низменностей, но за Охинским перешейком (у 54° с.ш.) он открыл два коротких параллельных кряжа, разобщенных продольной долиной. Эта орографическая схема острова в основном сохранилась до настоящего времени. По материалам Шмидта и Глена и своим собственным Шебунин составил первую, сравнительно точную карту Сахалина.

В мае 1862 г. Шмидт и Шебунин на оленях провели съемку Амгуни от устья до впадения Нимелена (более 300 км), завершив работу Крутива. По р. Керби (система Амгуни) они поднялись на хребет Дуссе-Алинь близ истоков левой составляющей Бурей и проследили все ее течение (623 км), сначала берегом, а ниже в лодке.