Между учёными установилась переписка, продолжавшаяся долгие годы. Турчанинов определял собранные Карелиным растения, советовал посетить наиболее интересные места, лежащие на пути следования экспедиций.
Турчанинов — Карелину (Иркутск, 26 апреля 1836 г.): «В вашем владении находится гипсовая гора Арзагар — отечество Astragali amari, редчайшего растения, которое после Палласа никто не находил. Вот его признаки из де Кандоля. <...> Надобно бы постараться и отыскать эту редкость».
Иногда, вследствие нарушений регулярного обмена коллекциями, происходивших по вине «беззаботливого» Карелина, Турчанинов, всегда чрезвычайно сдержанный, проявлял вспышки справедливого возмущения. В одном из писем он с негодованием пишет: «Где Вы? Что с Вами? Ждал, ждал и потерял терпение. Не знал бы даже куда писать, если бы не приезд А.О. Россета, который меня уведомил, что Вы в Семипалатинске. Что за причина, которая препятствует прислать мне собранные Вами растения? Или Вы уже успели позабыть о данном Вами торжественном обещании? Не откладывайте, сделайте милость. <...> С последнею почтою я получил письмо от Ледебура, в котором он мне пишет, что Вы взяли из Петербурга пакет растений для доставления мне. Что Вы с ним сделали? Я его более года уже ожидаю, и мне бы в голову не пришло, что он катался с Вами в Оренбург и Семипалатинск. Не мучьте Вы меня более, пришлите давно ожидаемый пакет и Ваши растения, или хотя бы первый, по крайней мере».
Из этого письма очевидно: Турчанинов всё время заботился о том, чтобы Карелин собирал растения, определял сам и отправлял их Турчанинову. Страсть к новым знаниям у Турчанинова была безгранична. Из этого письма также становится понятно, что, несмотря на огромные расстояния, ботаники постоянно находились в деловой переписке.
Любая оказия использовалась для пересылки материалов и коллекций, обмена мнениями и, конечно, ботаническими новостями. Влияние Турчанинова на Карелина было очень большим. Очевидно, он рекомендовал Канкрину кандидатуру Карелина и своего ученика Кирилова для дальнейших исследований Алтайского края. Так или иначе, в декабре 1841 года Карелин был перемещен в число чиновников для особых поручений при министре финансов.
По поручению Московского общества испытателей природы он совершил путешествие в Центральный Казахстан и провел обследование берегов озера Карасор, где, по рассказам старожилов, местные жители собирали возами яйца диких гусей и уток. Кроме обширного гербария и образцов драгоценных камней с рудника Алтынсу, учёный вывез из Каркаралинска коллекцию чучел зверей и птиц. Карелин первым обратил внимание, что Каркаралинские горы увенчаны сосновым лесом, как пучком перьев (каркара), которые служат украшением для головного убора казахских девушек. Поэтому перевод слова Каркаралы, как «глубокий снег», по мнению Карелина, был в корне неверен.
После Казахстана Карелин отправляется дальше на восток в предгорья Горного Алтая. Его исследованиям подвергается обширный район Колывани, верховья реки Чарыш, Алейская степь. Он неоднократно бывал в Барнауле, Змеиногорске, Семипалатинске. Карелин работает как подлинный естествоиспытатель, не оставляя без внимания не только растения, но и животных и минералы. Он направил в Горный корпус большую коллекцию минералов. Исследования Карелина всегда отличались систематичностью и детальностью. Им было подготовлено множество коллекций, гербариев и других материалов по Алтаю. Однако у нас нет его обобщённых сочинений: незадолго до его смерти все бумаги и материалы сгорели, и теперь трудно восстановить всё значение его деятельности.