Запросы практики стимулировали сбор конкретных, точных сведений о различных сторонах и свойствах природы (о полезных ископаемых, рельефе, возможностях развития земледелия, пушных зверях, древесине и т.д.). Все это способствовало развитию экспедиционных, прежде всего узкоспециальных исследований (геологических, климатических, ботанических, зоологических, геоморфологических и т.д.) и привело к накоплению огромного материала, требующего анализа и обобщений. Начинается резкая дифференциация в географии. В ее недрах обособляются в самостоятельные отрасли географические науки — климатология, гидрология, геоморфология, океанография, почвоведение и др. Такая дифференциация наук характерна для данного периода не только в России, но и за рубежом.
Не только добровольные общества, но и земства включились в это время в изучение природы, населения, его быта и хозяйства своих губерний, однако РГО и его отделы продолжают играть очень важную роль.
Свыше 40 лет (1873-1914 гг.) работой РГО руководил знаменитый географ П.П. Семенов-Тян-Шанский, много сделавший не только для изучения Средней Азии, но и для организации экспедиций общества, его издательской деятельности, для ознакомления русского общества с географией своего отечества. Под его редакцией было создано многотомное издание "Россия. Полное географическое описание нашего отечества" (1899-1914 гг.).
По настоянию П.П. Семенова-Тян-Шанского в экспедиционные работы были вовлечены такие политические ссыльные, как И.Д. Черский, А.Л. Чекановский, Б.И. Дыбовский, Н.М. Ядринцев, внесшие большой вклад в познание природы Сибири. Для многих экспедиций, организуемых РГО, П.П. Семенов-Тян-Шанский собственноручно составлял программы исследований или помогал в их составлении. Среди тех, кто получил программу из рук: П.П. Семенова-Тян-Шанского, можно назвать А.Л. Чекановского, И.Д. Черского, П.А. Кропоткина, А.И. Воейкова, Ю.М. Шокальского и мн. др.
А.Л. Чекановский выполнил в южной части бывшей Иркутской губернии на обширной и труднодоступной горной территории первую геологическую съемку в Сибири. По заданию Сибирского отдела РГО он отправился в экспедицию по Нижней Тунгуске до ее устья, а затем в бассейн Оленека через верховья Вилюя. От устья Оленека Чекановский прошел в Верхоянск, Якутск и вернулся в Иркутск. В задание экспедиции входила маршрутная геологическая съемка. За три года Чекановский прошел более 25 тыс. км. В результате проделанных работ им составлена карта большей части Средней Сибири. Он дал первые сведения о геологическом строении Тунгусского бассейна, бассейна р. Оленек, района Верхоянска, определил юрский возраст Иркутского угольного бассейна. По сути дела, А.Л. Чекановский положил начало систематическому геологическому исследованию Средней Сибири.
И.Д. Черский много сделал для познания природы Прибайкалья, Восточного Саяна (1873-1881 гг.), создал первую научную гипотезу происхождения рельефа Восточной Сибири и выдвинул идею о том, что Прибайкалье представляет собой древнейший участок суши Азии. По заданию Академии Наук он отправился в Якутию проводить исследования в бассейне Колымы (1891-1892 гг.), на берегу которой и умер, не успев закончить работы.
Академия Наук снарядила в конце XIX столетия специальные экспедиции на север Западной Сибири (Р.Б. Шмидт), на Таймыр (Э.В. Толль), на побережье Чукотки (К.А. Воллосович), доставившие ценные сведения о природе полярных областей и о следах ледникового периода в Сибири*.
П.А. Кропоткин возглавил Олекминско-Витимскую экспедицию Сибирского отдела РГО в Забайкалье (1866 г.). Во время экспедиции он открыл Патомское нагорье, пересек Делюн-Уранский, Северный и Южный Муйский хребты, Витимское плоскогорье, перевалил Яблоновый хребет и вышел к Чите. Проведенные исследования позволили уточнить представления о природе Забайкалья. Кроме этого, П.А. Кропоткин исследовал Восточный Саян (1865 г.) и спустился по Амуру (1864 г.). Материалы экспедиций П.А. Кропоткин использовал для составления первой достоверной карты рельефа Восточной Сибири и подготовки труда "Общий очерк орографии Восточной Сибири" (1875 г.). Наиболее ценным вкладом Кропоткина в географическую науку является разработанная им теория покровных оледенений, изложенная в труде "Исследование о ледниковом периоде" (1876 г.). Основные положения этой теории сохранили свое значение до настоящего времени. Интересно отметить, что П.А. Кропоткин, изучая по литературе состояние льдов вблизи Новой Земли, предсказал наличие еще не открытой земли в районе архипелага Земли Франца-Иосифа и Северной Земли.
В 80-х годах XIX в. А.А. Тилло возглавил работу по составлению гипсометрической карты Европейской России в масштабе 60 верст в дюйме. Карта была опубликована в 1889 г. (без северной ее части). К карте прилагалась обстоятельная записка "Орография Европейской России на основании гипсометрической карты". При составлении карты были выявлены многие неверные представления о рельефе Русской равнины, сохранившиеся с давних времен. По предложению А.А. Тилло свои названия получили Среднерусская и Приволжская возвышенности.
Составленная гипсометрическая карта использовалась при строительстве железных дорог, т.е. имела практическое значение.
Накопление огромного фактического материала, собранного в многочисленных, часто узкоотраслевых экспедициях, требовало их квалифицированного анализа и синтеза, но, для того чтобы подняться до широких географических обобщений, необходимо было быть разносторонне образованным ученым. Выдающуюся роль в таком синтезе сыграли В.В. Докучаев и А.И. Воейков.
Александр Иванович Воейков занимался вопросами климатологии, но его труд "Климаты земного шара, в особенности России" (1884) — образец настоящей географической работы, в которой показано единство и непрерывность географической оболочки. Климат отдельных районов рассматривается в ней как сложный динамический процесс, зависящий в своем формировании от всей физико-географической обстановки.
Особое место среди ученых-исследователей природы нашей страны занимает Василий Васильевич Докучаев. Он был ученым широкого профиля, совмещавшим в себе почвоведа, геолога, геоморфолога, автора глубочайших обобщений, создателя новых наук и учений. Важной особенностью работ В.В. Докучаева была их неразрывная связь с самыми важными запросами практики.
В.В. Докучаев — основатель современного генетического почвоведения и основоположник учения о ландшафтах. Свои полевые исследования Докучаев проводил главным образом в южной, лесостепной и степной, части Русской равнины, изучая по поручению Вольного экономического общества черноземы, а также на Кавказе. В своем классическом труде "Русский чернозем" (1883) Докучаев подошел к почве как к особому природному телу, самостоятельному компоненту природы, образование которого зависит от многих факторов, в число которых им включены все компоненты природы, а также фактор времени. В этом труде были заложены основы нового почвоведения. В другой, не менее известной работе "Наши степи прежде и теперь" (1892) В.В. Докучаев дает комплексную характеристику степей, предлагает и обосновывает мероприятия по борьбе с: засухами и суховеями.
Выдающийся полевой исследователь, Докучаев явился новатором в организации особых комплексных экспедиций "по оценке земель". В 1882-1895 гг. он был организатором и руководителем трех крупнейших экспедиций: Нижегородской и Полтавской по оценке земель и "Особой экспедиции по испытанию и учету различных способов и приемов лесного и водного хозяйства в степях России". Эти экспедиции были образцом комплексных физико-географических экспедиций, тесно связанных с практическими задачами. Они были проведены с присущей Докучаеву глубиной и тщательностью наблюдений, на высоком теоретическом уровне и с большой практической ценностью полученных результатов и выводов. Итогом каждой экспедиции явился выпуск нескольких томов трудов, организация губернских естественно-исторических музеев и ряда опытных станций (например, "Каменная степь").
Почвенные исследования привели В.В. Докучаева к пониманию тесной взаимосвязи между всеми компонентами природы, лежащей в основе существования ПТК. Докучаев выделил крупные ПТК — естественно-исторические зоны и сформулировал основной географический закон, который он назвал законом широтной и вертикальной (высотной) зональности. Огромно теоретическое и практическое значение разработанных им принципов преобразования природы. В.В. Докучаев сформулировал комплексный подход к воздействию на природу степей.
Большой вклад в изучение природы нашей страны, в выявлении ряда закономерностей в природных явлениях и их размещении внесли многочисленные ученики и последователи В.В. Докучаева. В их числе особенно выделяются Г.Н. Высоцкий, Г.Ф. Морозов, Г.И. Танфильев, В.И. Вернадский, К.Д. Глинка, Л.С. Берг и др.
А.Н. Краснов, в своих работах следовавший главному завету своего учителя В.В. Докучаева — "изучать цельную и нераздельную природу", был противником узкой специализации географов. Он написал первый университетский учебник по общему землеведению, состоявший из четырех книг (1895-1899 гг.). А.Н. Краснов раньше, чем кто-либо другой, определил географию как науку о географических комплексах (1895 г.). В число многочисленных научных поездок и экспедиций А.Н. Краснова по различным регионам мира входят и его исследования ряда районов современной территории России — Алтая, Прикаспийских степей, западных районов Кавказа и Предкавказья, Приморья и Сахалина.