На второй год пребывания Чека­новского в Падуне его разыскал старый друг Ф. Б. Шмидт, ставший к тому времени академиком, исследова­телем Восточной Сибири и Дальнего Востока. Появление академика в бо­гом забытом Падуне и его дружеское отношение к преступнику вызвало сен­сацию. Шмидта приняли за послан­ника царя. Моментально в округе, вплоть до Забайкалья распространил­ся слух, что Чекановский происходит из царской семьи. «Убедительным» доводом к тому было его поведение: изысканная вежливость даже с простыми людьми, подчеркнутая оп­рятность.

Отношение к Чекановскому изме­нилось   в   лучшую   сторону.   Помог Шмидт и материально — он купил у Чекановского его коллекцию насе­комых для Академии.

Возвратившись в Петербург, Шмидт добился ходатайства Акаде­мии перед правительством о переводе Чекановского в Иркутск. В 1869 г. Чекановского принимают на работу в Сибирский отдел Географического об­щества.

Уже в следующем году ученый начинает подробное изучение юга Ир­кутской губернии. Он доказал более молодое юрское, а не каменноуголь­ное, как считали раньше, происхожде­ние углей Иркутского бассейна. Изу­чал месторождение лазурита, выделе­ние газов с байкальского дна. За этот труд ссыльный «преступник» был удостоен малой золотой медали Русского императорского географического об­щества.

Вместе со Шмидтом Чекановский предложил Географическому общест­ву многолетнюю экспедицию на север Средней Сибири. Общество утвердило экспедицию, выработало для нее под­робную инструкцию и определило на расходы 3 тыс. рублей в год.

Изучив результаты прежних пу­тешествий       М. М. Геденштрома, А. Ф. Мидендорфа, Р. К. Маака, Чекановский в первый год решил исследовать плохо изученную этими учеными   долину   Нижней   Тунгуски.

Поход был в общем удачный. На­чался он, как и у Маака, от Киренска, откуда вел зимний путь в верховье Нижней Тунгуски. В экспедиции участвовали топограф Г. Нахвальных, учитель-астроном Ф. Миллер и польский ссыльный В. Ксенжопольский. Легко разрешился вопрос с транспортом и продуктами. Во­лостной голова Киренского округа С. Н. Дмитриев предоставил про­дукты, большую крытую лодку и греб­цов.

Вслед за ледоходом 25 мая 1873 г. экспедиция отправилась в путь вниз по течению Нижней Тунгуски. Чека­новский детально обследовал скаль­ные обнажения, во множестве высту­павшие в долине реки. Миллер опре­делял астрономические пункты, т. е. точки на поверхности Земли, откуда по небесным светилам точно опреде­ляются широта и долгота данной точки, а также азимут наземного предмета — горы, скалы и т. п. Нахвальных, основываясь на этих точ­ках, вел топографическую съемку. Коллектор Ксенжопольский следил за сохранностью собираемых образ­цов горных пород и растений.

В верховье реки, в поселке Ербогачен русских гребцов сменили эвенки. Чекановскому повезло. К экспедиции присоединился прекрасный знаток тайги и быта эвенков староста Кондогирского тунгусского (эвенкийского) рода Петр Голе Каплин. Это был человек, не уступающий по знаниям и взглядам Дерсу Узала, описанному впоследствии Арсеньевым.

В поселке Усть-Илимпея, что рас­положен на границе низовьев и сред­ней части Нижней Тунгуски, иссле­дователи стали свидетелями большой ярмарки. Сюда в августе почти со всей Восточной Сибири эвенки и яку­ты свозили пушнину, расшитые бисе­ром и лентами ичиги и парки, дере­вянные статуэтки. Подробное описа­ние такой ярмарки сделал Чеканов­ский. Оно единственное и поныне представляет большой этнографи­ческий интерес.

Завершилась экспедиция в сентяб­ре. Она достигла устья Нижней Тунгуски в Туруханске. Но без драма­тических ситуаций не обошлось: тя­жело заболели Нахвальных и Ксен­жопольский. Поместив товарищей в больницу, Чекановский и Миллер к концу сентября добрались до Енисей­ска, а в ноябре прибыли в Иркутск. За три месяца исследователи прошли 2450 верст и на весь маршрут соста­вили точную (первую) карту, оха­рактеризовали рельеф и геологическое строение, с особой тщательностью ис­следовали сибирские траппы, место­рождения графитов, о которых ходили только слухи, описали растительность, погодные условия, быт и характер­ные особенности эвенков. Экспедиция представила гербарий из 2,5 тыс. растений, принадлежащих 500 видам, 200 экземпляров птиц, млекопитаю­щих и рыб.