Толщи глинистых сланцев, конгломератов, песчаников и кварцитов, залегающих под описанными известняками, на основании целого ряда стратиграфических и палеонтологических данных были отнесены Ф. Н. Чернышевым к нижнедевонским отложениям. К этому же возрасту была отнесена толща метаморфических сланцев (тальково-глинистых, хлоритовых, слюдяно-хлоритовых и т. д.), которая стратиграфически тесно связана с нижнедевонскими глинистыми сланцами, песчаниками и кварцитами.
Девонские отложения окаймляются полосой нижнекаменноугольных известняков, которая, то суживаясь, то расширяясь, протягивается от Шамагинского завода к верховьям Ургалы. Западнее расположено широкое поле залегающих почти горизонтально артинских отложений. Последние встречаются в виде отдельных островков и на восток от полосы каменноугольных известняков, залегая согласно на последних.
На западе исследованного района песчаники и сланцы, аналогичные артинским, лежат в основании мощной известково-доломитовой толщи, которую Ф. Н. Чернышев на основе фаунистической характеристики датировал как пермо-карбоновую и разделил на четыре горизонта. Установить более точное положение в ней артинских песчаников, содержащих фауну головоногих, ему в 1883 г. не удалось из-за скудости фаунистических находок.
Над пермо-карбоновой толщей доломитов, по его данным, расположены серые рыхлые карбонатные породы, которые условно из-за отсутствия в них палеонтологического материала можно отнести к пермским отложениям.
В области верхнекаменноугольных отложений на Уфимском плоскогорье было прослежено до пяти палеонтологически и петрографически охарактеризованных горизонтов. При этом на верхнем из них непосредственно и согласно залегают артинские отложения.
В третьем из выделенных верхнекаменноугольных отложений Уфимского плоскогорья Ф. Н. Чернышев отметил практическое значение горючего сланца, а в нижнем горизонте пермо-карбоновых отложений, распространяющемся на сотни километров,— белого гипса.
Следовательно, именно в предварительных отчетах о геологических исследованиях на западном склоне Южного Урала в 1882—1884 гг. было впервые зафиксировано крупнейшее открытие Ф. Н. Чернышева как стратиграфа — девонский возраст группы осадков, занимающих обширную площадь вдоль западного склона Урала и принимавшихся ранее за силурийские. Весьма существенно, что девонский возраст этих толщ был палеонтологически доказан не только для известняков, но и для песчаников. Важным было также доказательство непосредственного налегания известково-доломитовой толщи с преобладающей в верхних горизонтах пермской фауной на артинские отложения песчаников.
В 1884 г. Ф. Н. Чернышев, кроме работ, порученных ему Геологическим комитетом в 1882 г., был обязан закартировать центральную часть Урала в междуречье Урала и Белой, чтобы увязать результаты своих работ предыдущих лет с таковыми на площади, закартированной А. П. Карпинским по восточному склону Урала. Задача усложнилась тем, что лето оказалось дождливым. Это замедлило его работы и усугубило трудности, вызванные непредвиденной сложностью геологического строения района междуречья Белой и Урала.
Ф. Н. Чернышев прежде всего внес серьезные коррективы в представления Г. П. Гельмерсена, Э. К. Гофмана, Р. Мурчисона об орографии междуречья. Краткая и четкая оценка геологических исследований Ф. Н. Чернышева в этот полевой сезон была дана в отчете Геологического комитета за 1885 г.: «Главные результаты этих работ состоят: 1) в подробном изображении весьма сложного геологического строения упомянутого центрального пространства Урала на геологической карте 2-верстного масштаба; 2) в определении нижнедевонского возраста известняков верховьев р. Белой и кварцитов, образующих высочайшие хребты Южного Урала Иремель, Бакты, Аваляк и др. и причислявшихся прежде, совместно с упомянутыми известняками, к силурийской системе; 3) в определении географического положения центрального Уральского хребта, образованного до самых южных пределов области 139-го листа 10-верстной карты метаморфическими сланцами, причем кряжи Аваляк и Караташ не могут быть рассматриваемыми за продолжение Уралтау, как это думали ранее» [9].
Ф. Н. Чернышевым было установлено, что центральный хребет Уралтау тянется в виде непрерывной полосы метаморфических сланцев от южной границы 139-го листа до Златоустовского округа. Изучение местности к востоку от полосы метаморфических сланцев потребовало от Ф. Н. Чернышева много времени и труда. Здесь выходы коренных пород сосредоточены не по берегам рек, а на значительном удалении от них на отдельных возвышенностях, каждую из которых приходилось осматривать, так как наблюдалась частая смена выходов различных пород, и это было трудно отразить даже на 2-верстной карте. Ф. Н. Чернышевым были выделены четыре группы пород: зеленые сланцы и обломочные зеленокаменные породы, змеевики, сиениты, порфиры. Из осадочных здесь были встречены породы девонского и каменноугольного возраста. Часть зеленых сланцев Ф. Н. Чернышев определил как измененные метаморфизмом верхнедевонские сланцы, песчаники, конгломераты, а материнской породой змеевиков посчитал энстатитовую породу.