Не сиделось деятельному Чекановскому в Иркутске. Систематизи­ровав экспедиционные сборы, он уже через полтора месяца вместе с Мил­лером отправился зимним путем в верховье Нижней Тунгуски. Там, в селе Подволошине, они начали под­готовку к походу на Оленек. Рас­спросив эвенков, составили схему пу­ти, ведь местные охотники и оленеводы побывали практически в долинах всех рек, выяснили удобные пути через перевалы и обильные пастбища для оленей. Они дали названия всем рекам и главным урочищам, которые и легли на карты исследователей.

К экспедиции снова присоединился Петр Голе Каплин и его брат Петр Увачан Каплин. Они занялись изго­товлением оленьих нарт, наймом оле­ней и вообще подготовкой к путе­шествию.

16 февраля Чекановский, Миллер, Петр Голе двинулись с оленьим обо­зом под командой Петра Увачана в путь. Быстро катились нарты по неглу­бокому снегу вдоль долины Нижней Тунгуски. Этот путь был уже знаком Чекановскому, и он уточнял лишь незамеченные ранее детали. Но вскоре экспедиция покинула знакомые места и повернула к истокам Вилюя. К 9 ап­реля путники достигли озера Су-рингда, на котором побывал Маак. Как и у Маака, не оправдались на­дежды Чекановского на эвенкийские стойбища. Он надеялся сменить здесь оленей и нанять проводников, знаю­щих места. Ни Петр Голе, ни его сородичи здесь не бывали. Это была территория кочевий другого эвенкий­ского рода. Пришлось, руководствуясь схемой, идти дальше с уставшими оленями и оленеводами. К 27 апреля караван добрался до большой реки, текущей к северо-северо-востоку. Это совпадало с направлением Оленька, обозначенным на схеме. Никто не сомневался,  что это и  есть Оленек.

Вдоль реки тянулась узкая полоска лиственничного леса с большим коли­чеством сухостоя. По берегам много­численных малых озер из-под уже осевшего снега торчали буро-зеленые космы осок и пушиц. По пологим склонам речной долины, среди карли­ковой березки и полярной ивы рас­стилались кустистые лишайники. Луч­шего оленьего пастбища нельзя и представить. Решили здесь сделать остановку, дождаться вскрытия реки, построить лодку.

Карбас получился добротный и вместительный. Отдохнули олени. В самом начале июня река взломала лед, а уже 6 июня лодка отправилась вниз по течению. Петр Увачан собрал своих оленей и оленеводов и тоже отправился в обратный путь на Тун­гуску.

Всего несколько часов проплыли исследователи по реке и встретили охотника эвенка. Встреча в таких ненаселенных местах — событие и ра­дость. Остановились, попили чаю. Начали расспросы о характере долины Оленька.

—   А это не Оленек,— сказал эвенк.

—   Как?!

—   Это река Мойеро. Она впадает в Котуй, а Оленек — в Хатангу.

Это был удар. Все участники экспедиции впервые слышали о такой реке. В том месте, куда они вышли, Мойеро делала большой изгиб и через много километров поворачивала пря­мо к северу. До Оленька, откуда можно было плыть по воде, было еще около 200 верст.

Тотчас Петр Голе чуть ли не бегом бросился догонять брата, а Чека­новский, подробно расспросив охотника об удобном пути на Оленек, при­казал мастерить седла для вьюков. Прекрасный карбас оставили в пода­рок коварной Мойеро. Через два дня вернулись проводники и их олени. Из ездовых олени стали вьючными. Уни­версальное животное олень!

Только 28 июня экспедиция, пройдя вниз по течению притока Оленька Томбе, достигла настоящего Оленька. Тут оленеводы окончательно покинули исследователей. Лес стал совсем чах­лым и непригодным к строительству лодки, да и некогда было. Соорудили небольшой плот. Плавание началось 2 июля по совершенно незнакомой реке.

Продвижение на плоту, да еще из тяжелой лиственницы шло мед­ленно. Но самое скверное, что река сильно  отличалась  от   Нижней   Тунгуски. На каждом километре были выступающие из воды гальки или валуны, шиверы и мели. Вообще реки Среднесибирского плоскогорья изоби­луют водопадами, порогами и шиве­рами из-за трудно разрушающихся траппов. Правда, траппов на Оленьке нет,- но все равно в русле выступают ступени, образовавшиеся из-за раз­личной крепости слоев горных по­род — известняков и песчаников.

Для экономии средств Чекановский не взял в эту экспедицию топографа и сам вел глазомерную съемку. До сих пор сохранились планшеты этой съемки, где на полях ученый пре­дупреждал о каждом препятствии на реке. О первых днях плавания по Оленьку читаем: «...река разошлась между островами и образовала мель, наискось через которую она  валится с быстротой, которой нельзя было про-тивустоять: плот сел на мель. Раз­вязка плота и разгрузка были снова необходимы. Труд длился до 9 часов вечера... Люди устали...»

Чтобы не разбирать плот на каж­дой мели, изготовили несколько пехл — деревянных лопат, которыми разгребали гальку перекатов. Поль­зуясь круглосуточным днем Запо­лярья, работали и ночью. При этом, чтобы не терять времени на перво-проходческие походы в весьма изви­листой долине реки, сразу проводили тщательные исследования мощных известняковых слоев и часто в оби­лии находили окаменевших животных древних геологических периодов. Из-за множества образцов плот вскоре стал неподъемным. Пришлось связать еще два плота.

30 сентября еще далеко от устья Оленек стал. Снова пришлось искать оленей и мастерить нарты. Устья реки достигли 20 октября уже при значи­тельных морозах. Отсюда Чеканов-ский с товарищами отправился к устью Лены, а затем в Верхоянск. Там он успел изучить отложения сло­ев триасового периода. В Иркутск путешественники возвратились только 5 января 1875 г.

Ранняя зима и отсутствие данных о действительном местонахождении Оленька помешали выполнить экспе­диционную программу.

В следующую весну Чекановский с ссыльным поляком 3. Венгловским решили достичь низовьев Оленька че­рез Лену. В Киренске они купили де­сятерик — большую лодку, оборудо­ванную для постоянной работы. По быстрой реке поплыли к Якутску. Верхняя часть Лены была уже исследована, поэтому путешественники плыли, не останавливаясь. За че­тырнадцать дней лодка прошла 2848 верст и Якутска достигла к 1 июня.

Через неделю лодка снова начала путь к низовьям Лены. На этом пути продолжались обычные комплексные исследования долины огромной реки. До последнего поселка на Лене — Булуна дошли 27 июля. Здесь просу­шили образцы горных пород, листы гербария, насекомых, уложили их в жестяные коробки, запаяли и упако­вали в кожаные мешки. К так трудно добытым материалам исследователи относились бережно.

К устью Оленька они отправились, наняв 20 оленей и проводников-яку­тов. Из продуктов взяли сушеное мясо, сушеную рыбу, чай, совсем немного сахара и сухари. Все члены экспедиции, зная, как быстро в конти­нентальной северной Сибири насту­пают холода, имели меховую одежду, хотя был еще конец июля и стояла жара.

20 дней изучалось Лено-Оленёк-ское междуречье. Впервые был описан доселе неизвестный горный кряж, ко­торый много позже назовут кряжем Чекановского. Подробно обследована приустьевая часть Оленька.

Трехлетняя программа экспедиции была завершена полностью. Но Чека­новский и его друг академик Шмидт еще раньше задумали и предложили Геог­рафическому обществу обследование бассей а рек Анабара и Хатанги. Поэтому Чекановский разведал путь на Анабар. Кроме того, он отыскал заброшенные могилы героических полярных исследователей супругов Прончищевых и восстановил их.