В мае 1770 года Паллас выехал из Уфы. Лето он посвятил изучению Уральских гор, был в Екатеринбурге, посетил местные горные заводы; был на реке Туре. На зиму остановился в Челябинске. Уже зимой ездил в Тобольск и Тюмень, затем вернулся в Челябинск. В апреле 1771 года Паллас с отрядом покинул Челябинск и в мае прибыл в Омск. Через Алтай экспедиция дошла до Томска.

Зиму Паллас с отрядом провёл в Красноярске. За время зимовки Паллас подготовил второй том своего труда «Reise durch verschiedene Provinzen des Rußischen Reichs». Из его писем Иоганну Альбрехту Эйлеру, секретарю Академии наук, следует, что он собирался продолжить свой путь в Китай, но теперь из-за плохого здоровья вынужден отказаться от этого плана. Также Паллас жаловался Эйлеру, что путешествие 1771 года — сплошная череда неудач и неприятностей. В письме к Иоганну Петеру Фальку Паллас писал, что потерял всякое желание к дальнейшим путешествиям и чувствует себя сибирским изгнанником… К счастью, здоровье Палласа улучшилось, к тому же в Красноярск приехал академик Иоганн Готлиб Георги.

В марте 1772 года Паллас с отрядом отбыли из Красноярска. Через Иркутск по льду Байкала они добрались до Селенгинска (ныне Новоселенгинск), затем до Кяхты. После возвращения в Селенгинск Паллас посетил Даурию. Через Селенгинск и Иркутск Паллас вернулся в Красноярск, в котором пробыл до января 1773 года, после чего отправился в обратный путь, в сторону европейской части России. Паллас проследовал через Томск, Тару, Сарапул и Казань. В сентябре он остановился в Царицыне (ныне Волгоград), где оставался до весны следующего года. За время зимовки он совершил несколько поездок, в том числе побывал в Астрахани. Через Москву Паллас вернулся в Петербург, в который прибыл 30 июля 1774 года.