Одновременно со сбором войск и запасов в Самурское, генерал Скобелев деятельно изучал район Геок-тепе и крепость Денгиль-тепе, а также собирал и сведения об ее защитниках.
По изучению внутренности крепости много помог рядовой Петин, взятый в плен, в 1878 году текинцами около Чата и пробывший в крепости более года.
Он содержался в кандалах и выходил только в ближайшие окрестности пасти верблюдов и собирать кизяк. Для большей наглядности Петин вылепил в Самурском из глины прямо на земле большую модель крепости, которую ходили смотреть офицеры и нижние чипы. Эта модель, как оказалось впоследствии, весьма близко определяла действительные размеры профили и общую форму крепости.
На основании всех имевшихся и вновь добытых сведений был составлен, отлитографирован и роздан 18-го декабря в войска план Геок-тепе с окрестностями. План этот давал довольно верное представление о внутренности крепости и ее профили, но расположение лежащих близ крепости кал, могущих служить для наших осадных работ опорными пунктами, определено не верно. Направление стен крепости, показанное прямолинейным, оказалось со значительными неправильными изгибами. В действительности крепость Геок-тепе имела следующий характер и размеры.
Крепость образовывалась сомкнутою оградою в форме неправильного продолговатого четырехугольника. Протяжение сторон: западной 675 сажен, северной 420 сажен, восточной 720 саж. и южной 240 сажен. Весь периметр 4 версты и 55 сажен. Выходов имелось: в северном фасе 3, в западном 9, в южном 1 и в восточном 8. Некоторые выходы прикрывались с наружной стороны большими полукруглыми траверзами, придававшими некоторую фланговую оборону наружному рву. Ширина выходов от одной сажени до двух. Наружный ров имел от 6 до 9 футов глубины, с вделанными кое-где в контр-эскарпе ступенями и нотами. Ширина рва от 12 до 17 футов.
Стена, состоявшая из земляного вала, одетого глиною, начиналась со дна рва и имела над горизонтом от 14' до 18' высоты. За стеною шел крайне неправильный, состоящий из ряда ям, внутренний ров приблизительно тех же размеров, что и наружный. Толщина стены в основании доходила до 5 сажен, а вверху от 3 до 4 сажен и везде была снабжена наружным и внутренним парапетами в грудную высоту и большим числом траверзов, пересекавших иногда весь валганг. Внутренний парапет назначался на случай прорыва неприятеля внутрь крепости. Траверзы имели назначением, как во всех средне-азиатских крепостях, постепенную оборону самой стены против неприятеля, взошедшего на нее. Для чего в них были проделаны бойницы.
Внутренность Денгиль-тепе совершенно ровная. В северо-западном углу ее находится насыпной холм в 7 сажен вышиною. Несколько южнее его лежит небольшая кала. В северо-восточном углу крепости вырыты были колодцы, доставлявши; обильную пресную воду. Площадь крепости густо уставлена кибитками, числом до 13,000; между кибитками оставлен широкий проезд с севера на юг.
Впереди западной стороны крепости, недалеко от того места, на которое была ведена атака в 1879 году, на группе холмов устроены сильные траншеи.
В ближайших окрестностях крепостной ограды находились несколько кал. Так называются небольшие дворы, огражденные высокими до 18' высоты при 4' толщины глинобитными стенами, с угловыми башнями. Эти калы позднее получили названия: Мельничной, Опорной, Ольгинской, Великокняжеской (которых было три: Главная, Охотничья и Туркестанская), Правофланговой, Кавалерийской, Сада Петрусевича. Из этих кал наибольшее влияние на осаду имели Великокняжеская, затем Мельничная и Правофланговая. Внутри кал находились ямы для хранения хлеба и самана (мелкой соломы). Угловые башни имели форму усеченных конусов; высота их обыкновенно равна высоте стен с парапетами. Вокруг кал расположены поля, разграниченные в разных направлениях небольшими глиняными стенками, высотой от 2 1/2 до 4 футов и толщиною в 2 фута.
Местность кругом крепости и между калами почти ровная. Ее покрывали по преимуществу пашни, совершенно лишенные к нашему приходу растительности. Деревья попадались небольшими группами около кал и плотин. Почва суглинистая, обращавшаяся в дождливую погоду в вязкую грязь. Грунт, по успеху работы в нем и твердости, может быть отнесен к среднему.
К югу от крепости Денгиль-тепе, в двух верстах от нее, лежало селение Янги-кала, расположенное на правом берегу многоводного ручья Секиз-яб. Это селение состояло из группы кал, разбросанных на полях, разделенных на большое число небольших участков не глубокими арыками и глиняными стенами. Такие стенки идут почти сплошь по западному фронту Янги-кала. Несколько отделяясь от группы других, к северу находились калы: Каджар, получившая название Опорной, и Огурлы, названной Кавалерийской. На крайнем западном рукаве Секиз-яба находилось до калы Опорного 4 мельничные плотины. Внутри самого селения также было несколько мельничных плотин. В конце декабря почти все фруктовые сады были вырублены туркменами на топливо и на устройство подземных помещений для семейств внутри крепости.
От калы Опорной до южного фронта крепости Денгиль-тепе около 800 сажен открытого пространства, перерезанного четырьмя рукавами Секиз-яба. Это пространство, при отсутствии у неприятеля артиллерии, уничтожало прочную оборонительную связь между Янги-кала и крепостью.
Посмотрим теперь, какие сведения мы имели о наших противниках, их числительности и предполагаемом способе действий.
Как выше изложено, значительная часть населения Ахала скучилась в районе Геок-тепе. Поля были оставлены и не убраны, а поля между Бами и Денгиль-тепе в значительной степени опустошены во время смелой рекогносцировки в июле. Уже с сентября месяца у ахалтекинцев начал чувствоваться недостаток хлеба. Вместе с чем, по-видимому, явился и некоторый упадок духа. Многие начали терять надежду устоять против нас. Скученность в Геок-тепе и непрерывно тревожная жизнь становились многим в тягость. В то же время личность генерала Скобелева начинала внушать страх противнику. Действия его настолько отличались от действий предшественников, что текинцам стало ясно, с каким противником им придется иметь дело.