Зимой, наряду с чтением лекций, подготовкой докторской диссертации и другими работами, Докучаев занялся заготовкой снаряжения для новой экспедиции, переговорами с земством по поводу увеличения денежных средств и поисками новых сотрудников. Тщательная подготовительная работа принесла свои плоды. Весной следующего года Докучаев выехал на место работ во главе значительного отряда исследователей; наряду с возросшим числом геологов и почвоведов в составе экспедиции были ботаники, химик, метеоролог, агроном. Таким образом, Докучаев организовал первую в истории русских научных экспедиций комплексную экспедицию для изучения природы большого края не с точки зрения какой-нибудь одной науки, а осуществлявшую всестороннее естественно-историческое изучение природы этого края.
Летние исследования 1883 года должны были производиться в районе Заволжья. Экспедиция двигалась к северу через непроходимые хвойные леса Приветлужья, болота-«зыбуны», покрытые мхами и осокой. Здесь, по берегам Керженца, места сказочных и исторических битв русских с татарами, скрывались раскольничьи скиты, здесь, по словам Мельникова-Печерского, «Русь исстари уселась по лесам и болотам».
Работать в этих местах было много труднее, чем на юге губернии, по берегам приветливой Пьяны и в окрестностях Болдина.
«Штаб-квартира» на этот раз была в захолустном лесном уездном городке Семенове. Участники экспедиции пробирались по заданным маршрутам в высоких болотных сапогах, закрыв лица сетками от комаров. Большую часть пути надо было мерить тяжелыми болотными сапогами, проваливаясь по пояс в «зыбуны», пережидая частые в этих местах летние ливни под крышей леса. Молодые исследователи забирались в самые гиблые места и иногда неожиданно для обитателей появлялись в каком-нибудь затерявшемся раскольничьем скиту. Старики-раскольники с опаской смотрели на непрошенного гостя, особенно если он появлялся после ливня в сухой, непромокшей одежде. Гостеприимно угощая молодого путешественника, они предусмотрительно ставили стол с едой к порогу, чтобы не пустить пришельца в «красный угол», под иконы. Помещики здесь были более недоброжелательны, чем на юге, и Докучаеву снова приходилось улаживать дела с уездным начальством. Работать было очень тяжело. Докучаев руководил большим отрядом людей. Но, как и в прошлом году, он работал больше всех и умел заставить работать других; не обращая внимания ни на проливные дожди, ни на болота, пи на комаров, появлялся он то на одном участке, то на другом. Все его сотрудники периодически должны были являться в «штаб-квартиру» и отчитываться о проделанной работе. Докучаев беспощадно браковал неаккуратно и небрежно выполненную работу.
Казалось, он не замечал недовольных лиц некоторых сотрудников и давал им все новые и новые задания, считая, что никто не должен отставать от руководителя, не отказывавшегося ни от какого дела. Молодые, неопытные исследователи не умели производить наблюдения с учетом всех составных элементов изучаемого участка природы. Сделав почвенный разрез, они при описании его часто не принимали в расчет особенности рельефа местности и растительности. С этим Докучаев неустанно боролся. Он не уставал повторять: «необходимо иметь в виду, по возможности, всю единую, цельную и нераздельную природу, а не отрывочные ее части, необходимо одинаково читать и штудировать все главнейшие элементы ее, иначе мы никогда не сумеем управлять ими». Постоянная пропаганда этого четко и ясно сформулированного положения материалистического естествознания составляет огромную заслугу Докучаева.
Когда беспощадная требовательность руководителя вызывала недовольство некоторых членов экспедиции, собиравшихся однажды даже оставить работу, Докучаев умел убедить малодушных в необходимости преодолеть все препятствия и напрячь до предела силы для того, чтобы завершить дело, нужное для родной страны. За несколько месяцев совместной работы ученики обнаружили замечательные качества у Докучаева. Он бывал беспощадно строг и даже деспотичен, но вместе с тем, более чем они сами, заботился об их ученой карьере, внимательно следил за ростом и успехами каждого и радовался любому смелому шагу и самостоятельному открытию ученика. Докучаеву была абсолютно чужда зависть к успехам своих помощников и склонность приписывать себе их открытия; наоборот, он при каждом удобном случае подчеркивал успехи и заслуги своих учеников: Сибирцева, Земятченского, Левинсон-Лессинга и других, часто умалчивая о своем участии в их работах. Ученики быстро оценили достоинства своего учителя и на всю жизнь связали с ним свою научную судьбу.