别夫佐夫的准噶尔之行结束将近两年之后，一个偶然的情况又为他提供了到远方旅行的机会。这一次，他要到中国蒙古地区和内地北方诸省长途旅行。
1878年，俄国探险家波塔宁在比雅获悉，比雅商人正打算在这年夏天派遣一个大型商队从科布多贩运一批鹿茸到归化城（呼和浩特）。波塔宁把这个消息告诉了地理学会。
由于商队的路线经过欧洲人从未到过的地方，俄国地理学会决定派一名有经验的地理考察家和大地测量学家随商队前往，“以便沿途进行地形测量，用天文学方法确定经度和纬度，并进行其他科学勘察……”
应俄国地理学会副主席谢苗诺夫·天山斯基请求，学会派别夫佐夫担任这项工作。
8月初，别夫佐夫带领地形测绘员斯科平、丘克林和六名懂蒙古语的外贝加尔哥萨克，从乌斯季卡缅诺戈尔斯克前往科布多。在那里同商队会合后，穿越戈壁经归化城抵达张家口。次年春，别夫佐夫等自张家口北上，由库伦折而西，经赛音诺颜部、札萨克图汗部和科布多返回俄国。作为此行的成果，别夫佐夫写了考察报告《蒙古和中国内地北方诸省旅行记》（《俄国地理学会西西伯利亚分会丛刊》第5辑，1883年），并绘制了长达四千公里的路线图。
《旅行记》对沿途许多地方作了详细的、多方面的地理学描写，详细记录了所经地方的气候、植物、动物和地质构造的资料，以及大量的民族学调查成果。受到了地理学家们高度评价，别夫佐夫也因此获得了俄国地理学会的最高奖之一——李特克奖章。
别夫佐夫从蒙古回来后又在鄂木斯克住了七年多。在这段时间里，发明了根据两颗星的相应高度来测定某一地点的地理纬度的方法。
1887年1月底，别夫佐夫从已居住十五年之久的鄂木斯克，回到了彼得堡。
四
别夫佐夫在西西伯利亚的这十五年里，俄国地理学会组织了多次考察活动，而且收获颇丰。着名的旅行家普尔热瓦尔斯基完成了四次中亚考察，取得了丰富成果。1888年3月，他再次向地理学会递交申请，准备到中国做“第5次中亚考察”，目的地是西藏西北部和东北部。3月27日，俄国地理学会批准了普尔热瓦尔斯基的考察计划。考察队成员有前几次跟随普尔热瓦尔斯基一起探险的罗布罗夫斯基、科兹洛夫、两名翻译和二十三名护送队员。
11月1日，先期到达比什凯克的普尔热瓦尔斯基，因喝了楚河水而致病，在喀喇库勒（今普尔热瓦尔斯克）逝世。俄国地理学会推荐别夫佐夫率领这支考察队，继续进行普尔热瓦尔斯基计划之中的“第5次中央亚西亚考察”。但这次考察的范围较原计划大为缩小，主要考察塔里木盆地南沿的山区，同时寻找由此进入西藏的道路，为以后打下基础。因此，这个考察队仍叫“西藏考察队”。考察队成员中还增加了地质学家波格丹诺维奇。
俄国地理学会同陆军部一致确定考察队的主要目标是考察从玉龙喀什河上游到罗布泊之间的昆仑山脉，以及大致沿北纬35°的西藏高原北缘。为此，别夫佐夫作了三个月的准备，精心研究《西域图志》以及比丘林（雅金夫）、瓦里汗诺夫、福赛斯、贝柳、库罗帕特金、普尔热瓦尔斯基等人的着作。
1889年5月25日，别夫佐夫带领改组后的考察队从喀喇库勒出发，越过别迭里山口进入中国境内。经阿克苏、喀什噶尔和叶尔羌河谷到叶尔羌城，由此转向东南，经和阗、于阗、尼雅，沿昆仑山北麓和阿尔金山山脉进行详细考察、测量，一度翻越昆仑山，到达藏北地区的达什库里湖，企图向东南经江达、拉里，“直奔巴塘”。为此，他们强迫藏民引路，藏民极为愤慨，故意把他们“引往西宁路上”。别夫佐夫发觉了，“行出数十里外，忽然折回，用枪击毙乌拉（差役）牛马”，“举枪又欲伤人”①，由于藏民极力劝阻，考察队只好返回南疆，沿车尔臣河北上，取道罗布泊、喀喇沙尔，于1891年1月返回斋桑。别夫佐夫的第三次，即最后一次中亚之行结束了。
1891年10月2日，在俄国地理学会会员大会上，别夫佐夫对考察结果作了简要介绍。1895年，俄国地理学会成立五十周年之际，别夫佐夫的考察报告以及西藏考察队着作集第一卷出版。
此行，别夫佐夫考察了昆仑山脉，途中进行了各种天文、气象观察以及地质勘察，比如在昆仑山北部海拔二千八百三十二米的托赫塔洪地区进行了连续四十五天的考察，确定了该地的经度和纬度，并通过二十八次气压测量测定了海拔高度，对昆仑山云杉的分布情况作了调查。考察队在尼雅设立了气象站，进行长时间的气象观测，从而对南疆的气候特征作出判断。俄国气候学家沃耶伊科夫编撰《中亚气候》时，主要依据就是别夫佐夫此行记录的气象资料。为此，沃耶伊科夫写道：“别夫佐夫关于新疆及其相邻地区的资料，极大地丰富了气象科学。”
考察报告中，别夫佐夫专立一章，详细记述了对南疆维吾尔族的民族学调查，其内容涉及南疆人口、土地分配、水利灌溉、耕种、放牧以及维吾尔人的衣食住行、生活习惯、各种仪式节日，关照到日常生活的方方面面。他还提供了在塔里木各种农作物的生长期、南疆四个主要农耕区的收获情况的资料，详细记录了南疆地区工业、手工业、内外贸易、赋税情况、行政制度、当地居民的经济状况等，这就为我们了解19世纪末南疆维吾尔人的社会生活等内容提供了难得的第一手资料。
喀拉萨依是别夫佐夫考察队探索入藏通道的第一个重要地点。从1890年5月14日到7月22日，考察队多次由此出发寻找入藏路径，均未获成功。在此期间，别夫佐夫发现了一个有趣的现象：每天上午11点，塔克拉玛干酷热的沙漠地带吹来一股凉风，可以使当地气温下降3℃，别夫佐夫不仅对这种凉风作了详细描述，还对这种现象作了解释。他说：这股凉风从大气层的上方向山下吹来时，与地平线构成了一定角度。塔克拉玛干沙漠位于巨大的盆地，夏季十分炎热，即使阴凉处，气温也可达40℃~45℃。而吐鲁番盆地最高气温可达到48℃，沙漠表面温度在日光照射下可以达到80℃。因此，沙漠上空形成强上升气流，气流在上升的过程逐渐冷却，向四周扩散，于是就带来了大气层上方的凉气流。
别夫佐夫此次探险考察行程万余公里，确定了四十七个点的地理位置，测量了三百三十五个点的绝对高度，在十个点上进行了地磁观测，搜集了三百种脊椎动物、二百种昆虫和一百种植物标本。因这次考察所获得丰硕成果，别夫佐夫获得了俄国地理学会颁布的最高奖——康斯坦丁诺夫斯基奖章，并晋升少将军衔。
别夫佐夫《塔里木与昆仑探险纪实》（《喀什噶尔与昆仑探险记》），就是别夫佐夫成就与争议并存的第三次中亚探险的实录。
别夫佐夫一生完成了三次探险考察，三次探险考察路线都在中国西部。1889~1891年的考察结束后，别夫佐夫没有再赴中亚进行探险考察，一直生活在圣彼得堡。在这里，整理撰写“西藏考察”的报告，研究地理学和天文学的一些专门问题。
圣彼得堡的潮湿气候对别夫佐夫的身体健康产生了不利影响。他经常生病，总想着有一天离开首都，但因事务缠身，加之天文地理的研究，始终未能如愿，最终于1902年2月25日（西历3月10日）在圣彼得堡去世。
在俄国中亚探险考察史上，别夫佐夫占有重要位置。其《准噶尔旅行记》和《蒙古和中国内地北方诸省旅行记》分别于1987年和1883年发表在《俄国地理学会西西伯利亚分会丛刊》第1、5辑上。
1951年，苏联地理学家马尔戈林将两者合而为一，由苏联国家地理文献出版社出版，书名为《中国和蒙古旅行记》。别夫佐夫1889~1891年的考察报告《1889和1890年塔里木、昆仑、西藏高原北缘和准噶尔旅行记》，在圣彼得堡由地理学会于1895年以“西藏考察队着作集”第1卷的形式出版。1949年，苏联国家地理文献出版社再版时，将书名改作《喀什噶尔与昆仑探险记》②。
苏联科学院院士奥勃鲁切夫在评价沙俄时期的中亚考察时写到：内陆亚洲真正的科学考察，从波塔宁、普尔热瓦尔斯基和别夫佐夫的旅行开始……他们三个人共同勾画了内陆亚洲地理面貌的基本轮廓。后继者们是在此基础上从各自的专业领域展示成就，也就是说，在同一幅图上描绘细节……在这三位地理考察先驱当中，舍弃哪一位都是不可能的，甚至很难说出，作为亚洲探险家，他们谁比谁做得更多，谁是第一、谁是第二、谁是第三。
作为一名军官，别夫佐夫自然有其为沙俄政府服务的成分，带有殖民主义的色泽，这是不争的事实，但作为受过良好教育、训练有素的考察家、地理学家，他为后人留下的数量可观的考察记述，均应成为我们今天借鉴、研究和评述历史发展过程的遗产。
①《驻藏大臣升泰奏陈俄人游历藏北现拟赴巴塘折》，见《清季外交史料》（光绪朝）卷八十三，第2页。
②为了便利读者，我们将原书书名翻译为《塔里木与昆仑探险记》。喀什噶尔，俄文原文是“喀什噶利亚”，汉文中并无与之对应的词汇，其所指范围相当于清代文献中的“回疆”、“回部”或“天山南路”，也就是今天说的“南疆”。