По приезде в Омск, осенью 1862 г., он поступил в распоряжение Струве, находившегося уже в городе; но до весны, когда следовало ехать на Алтай, оставалось много времени. Григорий Николаевич принял деятельное участие в организации выборов депутатов от казаков в собрание, которому было предложено обсудить новое положение для казачьего войска. Это предложение было составлено комитетом, назначенным генерал-губернатором специально для этой цели. Собрание выбрало Григория Николаевича одним из секретарей; остальные секретари были молодыми офицерами, сочувствовавшими реформам в демократическом духе. Секретари руководили работой, собрание резко критиковало текст положения, составленный комитетом. Для выработки окончательного текста положения устроили совместные заседания и собрания, на которых Григорий Николаевич выступал защитником интересов простых казаков, чем возбудил против себя неудовольствие офицеров и получил от них аттестацию бунтовщика. Зато простые казаки видели в нем своего заступника. Начальник штаба казачьих войск Гулькевич, сочувствовавший реформе, добился того, что проект нового положения, составленный в демократическом духе, был отправлен в Петербург.
Весной 1863 г. астроном Струве и Потанин прибыли в русскую колонию Кокбекты, расположенную недалеко от южного подножия Калбинского хребта. Последний составляет продолжение Алтая на левом берегу Иртыша и тянется на запад, постепенно понижаясь и распадаясь на отдельные гряды гор и холмов. В качестве проводника пригласили бия Тану Тлемисова, известного у киргизов своими познаниями в степном обычном праве и в юридической практике. Тана раньше кочевал по южному Алтаю и хорошо знал там местность и население: он был проводником в экспедиции капитана Влангали, изучившей Калбинский хребет.
15 апреля (ст. ст.) караван выступил из колонии вниз по речке Кокбекты, впадающей в озеро Зайсан-нор, и через несколько дней дошел до ее устья, которое отстоит от колонии почти на 100 километров. Местность по берегам речки представляла щебнистую степь, поросшую главным образом полынью. Вдоль речки чередовались лужайки, заросли таволги, караганы, камыша и площади солончаков. Речка вскоре исчезла, вода текла под землею, появляясь в отдельных впадинах русла в виде маленьких озерков, которые киргизы называли карасу (черная вода). Эти карасу были окаймлены зарослями чия, злака, растущего большими пучками; его длинный и жесткий стебель оканчивается соцветием в виде метелки. Животные едят только молодые побеги, старые слишком тверды, и у них они объедают только метелки. Чий распространен по всей Внутренней Азии и в Киргизской степи; монголы называют его дэрису.
Злак чий (дэрису)
В урочище Джусагач исчезнувшая вода речки появилась опять в виде многочисленных чистых ключей, текущих отдельными руслами среди гряд галечника и валунов; здесь росли тополя (откуда и название места — сто деревьев), образовавшие большую, но не густую рощу с кустами жимолости, тала, боярышника и шиповника. В низовьях речка опять изменила свой характер,— здесь вдоль узкого и глубокого русла тянулись заросли камышей.
От устья караван прошел вдоль берега озера к выходу Иртыша. Здесь степь была песчаная, а ближе к озеру — солонцеватая, проросшая камышом, в котором ютилось много птиц. Всю ночь в камыше раздавались крики гусей, уток, куликов и лебедей, делавших здесь привал в своем перелете на север.
Переправившись через Иртыш, путешественники шли дальше на восток вдоль берега Зайсан-нора, отмечая характер местности, растения, животных и состав почвы.
Потанин собирал гербарий, Струве вел маршрутную съемку.
Побережье озера было сырое, песчаное, поросшее осокой и камышом; его окаймляли несколько параллельных песчаных валов, набросанных во время сильных юго-восточных ветров, а за ними расстилалась песчаная степь, поросшая полынью и мелкими кустами.
Однообразие местности нарушалось отдельными холмистыми мысами и горой Чакыль-мес; вокруг нее берег сложен из пестрых глин — серых, желтых и красных, в которых дождевые воды промыли ветвистые узкие овраги; подобные места киргизы называют «Керчь».
У восточного конца озера полоса камышей расширилась: она занимала всю дельту реки Черный Иртыш, впадающей в озеро. Здесь караван был встречен племянником проводника Таны Мухаммед-султаном, который выехал далеко в степь.