1907年春，我曾到额济纳河流域进行过一次探险考察。额济纳河谷一带水草丰茂，连接中国腹地与塔里木盆地以及中亚腹地，是从蒙古草原进入河西走廊的交通要道，自古以来就是兵家必争之地。
1914年5月，我从肃州动身沿北大河而下，进入金塔沙漠绿洲。从那里开始，再沿着北山东南端荒凉的冰川河谷，一直到达毛目一带的古长城遗址。这条古长城蜿蜒西去，甚至在肃州河与甘州河汇合成为额济纳河之后，仍然随之继续延伸了很长的距离。古长城的墙墙和戍堡沿着金塔沙漠绿洲一直向北修筑，在额济纳河宽阔河道的左岸一直延伸向广袤荒原的尽头。
汉朝最初控制南山北麓一带重要的交通路线之后，修筑长城截断了游牧部落从蒙古草原进犯的路径，便在此地。我们在河岸两侧不断发现的那些年代古老、规模宏大的军事堡垒建筑遗址，显然是用来防御从此地进犯的敌人，以及戍卫这条门户通道的。
我们从毛目沿额济纳河向下考察，沙质河床的宽度往往有1英里左右。不过，除了河床中的黄沙，那里滴水全无，只在极个别地方可以从挖掘很深的井中得到一点水，在离毛目约90英里的地方，额济纳河河床穿过北山山脉延伸出来的一段低矮石梁，进入一片平川，展开成一块三角洲。由此再向北约110英里，便进入大片的碱性沼泽地带。
由于连续不断的枯水季影响，这里的地貌和气候与库鲁克河干涸以前的楼兰三角洲非常相似，河床两岸茂密的灌木丛中，到处都是早已枯死和即将枯死的野生红柳。由于河流不断改道形成的干河床纵横交错，河床之间的大片荒原上植被稀疏，只有一些瘦弱的灌木。在额济纳河三角洲的广袤荒漠中，散布着200多户蒙古土尔扈特游牧部族。因为环境的贫瘠与严酷，他们明显感到牧场一年年在减退，生存条件日益恶化，见人就不断抱怨。不过，这里虽然水源有限，但对于从北方蒙古草原进入河西走廊水草丰美的地带，自古至今一直是最为便捷的通道。历史上，无论是那些千里奔袭的军队，还是万里求财的商队，都把这里作为他们的交通枢纽。沿途不时遇到的古代和近代戍堡等军事设施，便足以证明这是一条通往蒙古草原的通道，而且自古至今一直都被高度重视和重点戍卫。
来到黑城并完成考察工作之后，我更加深刻地感受到这里与楼兰三角洲的相似性。黑城的探察始于1908至1909年俄国著名探险家科兹洛夫大佐。从发表的材料看，当时我就认为这里应该是马可·波罗曾经提到的亦集乃城。根据马可·波罗的记述，从甘州出发，骑马约12日可以到达“北部沙漠边缘地带，归属西夏人管辖”。据说，所有前往蒙古旧都和林的旅行者都必须在此地停留，稍事休整，准备粮草，以便顺利穿越那片“北行四十日既无人烟又无水草的大沙漠”。
马可·波罗记述的地方正好相当于黑城古城遗址，从遗址中某处废墟中获得的出土文物，更是为此提供了充分完全的证据。相传，公元1226年，成吉思汗曾率领蒙古大军经由这座古城进入甘肃，古城城墙等防御设施因此遭受了严重毁损。尽管如此，但有一点是毋庸置疑的，那就是一直到后来马可·波罗路过此地时，古城还有人居住。这种状况应该一直延续到公元15世纪。古城长久存在并且人烟繁盛的原因，当然是其适宜垦殖的环境。在很长一段时期内，古城所在地区都应该是当地的中心。在沙漠东部地区和东北部地区，我们曾经发现不少古代遗迹。
古城内外四处散布的佛寺和佛塔遗址大都是这一时期修建的。科兹洛夫大佐在古城外的一座寺院遗址中，就挖掘出许多珍贵的佛经和古代绘画艺术品。当我对这些遗址重新进行系统考察发掘时，立即就发现，这座宝藏远远没有发掘干净。
我们仔细清理干净佛塔底部以及寺院地下室里堆积的流沙之后，发现了大量用吐蕃文和至今尚无人能够解读的西夏文佛教写本，以及刊印本典籍。同时出土的还有数量众多的佛教塑像和壁画。在古城内那些堆积如山的古代垃圾堆中，我又一次获得了许多极具价值的汉文、西夏文、回鹘文以及用古代突厥文字体书写的各类文书。其中，最值得一提的是元世祖忽必烈时代的一张宝钞。在这种风蚀严重的沙漠环境中，我还获得了数量可观的金属和石质的装饰品、带釉的精致陶器以及许多其他古代文物。
黑城最终被废弃的原因是灌溉困难。这一说法有一定的可信度，有许多证据支持。紧靠古城的河床早已干涸，最近的水流也有7英里远。古城东侧的古代灌溉渠道离现在的水源则更远了。古代灌溉困难的原因，是额济纳河水流量减少还是河水改道，导致耕地得不到充足的灌溉用水？目前，我没有充足的证据来下断论。不过，根据我的观察，有理由相信，现在仅在夏季短暂的几个月内才能够到达这片三角洲的河水，已经不足以为这片废弃耕地提供足够的灌溉用水。沿河道上行150英里，便是毛目的一个垦殖区，那里早就拥有发达的渠道灌溉系统，更适宜垦殖。但是，即使在那里，每年春季仍要耗费大量人力物力才能够得到充足的灌溉水量。因此，那里的很多耕地也都被迫荒弃了。
当我忙于黑城发掘工作之时，拉尔·辛格则忙于额济纳河重点盆地的地形测量。三角洲的尽头是两个相距不远的大湖，两湖之间隔着一些沙滩高地。这种奇特的隔离形式在我看来非常有趣，与我此前在敦煌西部沙漠中探险考察时见到疏勒河流入沙漠中的情形完全一致。两湖中，东湖水源在很久以前可能就已经断绝，不再能够接收到额济纳河泛滥时的河水，所以水是咸的。另一个湖泊现在仍然在接收额济纳河的河水，是全部额济纳河水的终点。虽然湖里全部都是淡水，但周边并没有任何利用这些淡水的耕地。
到了6月中旬，夏季的气温急剧酷热起来，我们只得终止工作返回甘肃。回程时，我们取道毛目南面的一条沙路。由于骆驼不能忍受夏季沙漠中的酷热，我们此前就已经安排人把它们赶到东北方向蒙古境内的公果尔旗山地避暑去了。直到8月底，骆驼才得以与我们重新会合。那时，我也才从南山回来。
此后，一直到1914年9月2日，我们重新从毛目启程，准备穿越雄踞沙漠中部的北大山山脉。北大山山脉呈东南或说西北走向，极为宽广。我们沿途经过的都是从未被人类测量过的地方。在明水井那个交通枢纽地带，有一条此前一些俄国探险家曾经走过并向世人披露的道路。但出于安全方面的考虑，我决定将人员辎重分为两队，每队各取一路。这样做的另外一个好处，就是能够测量的范围更广。这期间，由于腿部伤痛，我仍不能骑马，只能乘坐当地特有的驴轿。这给我在途中的指挥与调度工作带来了许多不便。
在毛目，我只雇用了两个汉人向导，据说他们曾经随同商队到过天山北麓的镇西 (28) 一带。实际上，他们对沿途地区以及目的地的了解极为有限。走了还不到一半路程，我便打发他们回家了。此后的行程，我让大队人马根据地面依稀可辨的商道痕迹继续前进。商道往往并不规范，因此迷失方向便成了家常便饭。行走在干涸荒芜的崇山峻岭之中，没有饮用水的供给是绝对不行的，因此，沿途寻找水源也就成为最重要也是最困难的事了。沿途水草稀少，山路险峻，前途愈显危险。经过艰难跋涉，我们总共走过了28站的路程。
后来，我们终于到达明水井。朝着西北方向，远远地便看到天山东头喀尔里克雪峰。这座雪峰，自古以来就是这条路上旅行者的方向标志。但是由于缺水以及在曲折复杂的山谷中迷路等原因，在穿越最后一段荒凉的山脉时，我们还是多次遇到了难以想象的困难。例如当我们穿越一条险峻的峡谷时，受惊的驴马骆驼总是待在原地不动，幸好最终有惊无险地通过了。站在山口的悬崖峭壁上，俯瞰广阔无垠的准噶尔山地，远远地就看见一些小黑点分布在各处，那都是生长在山上的树木。那里就是我朝思暮想的伊吾。经过近一个月马不停蹄的艰难跋涉，我们终于安全抵达伊吾。这次，我率领大队人马选择一条新的路线，穿越一片寸草不生的地方，并在那里完成了测绘工作。至此，我才觉得虽历经艰险，却终于得到了恰当的回报。
到了10月，我赶紧结束手头的工作，率队沿着已见冬雪的天山东北麓，向镇西和古城 (29) 进发。对于沿途所要经过的地方，以前我已经多少有所了解。因为历史上像大月氏、匈奴、嚈哒、突厥，以及蒙古人都曾先后多次由此向西迁徙，所以我对沿途所见的各类地学现象极为重视。准噶尔的山谷和高原气候比较适宜，远没有塔里木盆地那样干燥，很多地方都分布着优质牧场。这很可能是它在中亚历史上占据重要地位的一方面原因。
这些地方，在古代曾不断被游牧部落轮番占据。塔里木盆地干旱的土地根本无法养活游牧部落庞大的畜群。而占据了这里，就可以翻越天山，轻易地进入塔里木盆地，向绿洲的人们征取贡赋。最为有趣的是，从那些数量众多的哈萨克人的毡房上，我可以依稀看出历史上部落大迁徙的影子。这些人与柯尔克孜人相似，讲突厥语。?
我们到达镇西时，已是隆冬季节。镇西有一座古庙，庙里保存有一块重要的汉代碑刻。在经历了北山的寒风冰雪之后，能够再次得到这座古庙的庇护，真是上天的垂青。
此后，我们经过当时是中蒙商贸中心的古城，来到吉木萨尔，考察那里数量众多但已残破不堪的古代遗迹。在古代，吉木萨尔曾经是天山北麓最为重要的都会城市所在地。在中国治理中亚广大地区的时期，历史文献中所见的“金满”以及“北庭”等重镇就在此地。准噶尔盆地的这块重地在经济上和政治上同南部的吐鲁番绿洲有着密不可分的联系，而且在很早的历史时期便已如此。
吐鲁番是我冬季工作的目的地。我倾向于选择一条最为便捷而又未曾经过地理测量的路线前往，于是便取道一条险峻的天山峡谷通道。我们沿途经过的雪峰，海拔大多在12000英尺以上。这次行程，再一次证实了中国古代历史文献记载的正确性。当然，我也深刻地感受到天山南北悬殊的气候。
准噶尔盆地高处大都分布着大片的松树林，稍稍向下则是优质牧场。与之形成鲜明对比的是，天山分水岭南侧荒凉干旱的高山深谷。生活在气候干燥、地势低洼地带的吐鲁番人却已完全适应了这种严酷的气候，他们开化较早，拥有发达的农业灌溉体系。