Trong những năm tiếp theo, ông đã thực hiện bốn cuộc hành trình đến Trung Á:

• 1870-1873, từ Kyakhta, ông vượt qua sa mạc Gobi đến Bắc Kinh để khám phá thượng nguồn sông Dương Tử. Năm 1872, đoàn vượt qua Tây Tạng. Ông đã khảo sát một diện tích hơn 7.000 dặm vuông anh (18.000 km2). Thu thập và mang về 5.000 loài thực vật, 1000 loài chim, 3000 loài côn trùng cũng như 70 loài bò sát và da của 130 loài động vật có vú khác nhau.[1] Przehevalsky được Hiệp hội địa lý Hoàng gia trao tặng Huân chương Constantine, thăng cấp trung tướng, được bổ nhiệm vào Bộ tổng tham mưu của Sa hoàng và nhận Huân chương thánh Vladimir, hạng 4.

Trong chuyến thám hiểm của mình, Cuộc nổi dậy Dungan (1862–77) đang hoành hành ở Trung Quốc.[3] Cuộc hành trình đã cung cấp cho Bộ Tổng tham mưu những thông tin tình báo quan trọng về một cuộc nổi dậy của người Hồi giáo và sự thành lập vương quốc A Cổ Bách ở miền tây Trung Quốc. Phần thuyết trình của ông trước Hiệp hội Địa lý Hoàng gia Nga đã nhận được "tràng pháo tay như sấm" trước hang loạt kháng thính giả. Tờ báo Nga Golos Prikazchika đã gọi hành trình này là "một trong những hành động táo bạo nhất trong thời đại của chúng ta".[4]

• ·1876–1877 đi qua Đông Turkestan với dãy Thiên Sơn, ông đã đến một nơi mà ông cho là Hồ Thanh Hải, nơi được cho là chưa từng được người châu Âu nào ghé đến kể từ thời Marco Polo. Đoàn thám hiểm bao gồm mười người, hai mươi bốn con lạc đà, bốn con ngựa, ba tấn hành lý với kinh phí là 25.000 rúp, nhưng đoàn thám hiểm đã bị ảnh hưởng bởi dịch bệnh và những con lạc đà kém chất lượng. Vào tháng 9 năm 1877, đoàn lữ hành đã được tân trang lại với những con lạc đà và ngựa chất lượng tốt hơn, 72.000 viên đạn dược và một lượng lớn rượu mạnh, trà và các món khoái khẩu Thổ Nhĩ Kỳ và lên đường đến Lhasa, nhưng không đạt được mục tiêu. · 1879–1880 vượt qua  Hami và Lưu vực Qaidam đến Hồ Thanh Hải. Đoàn thám hiểm sau đó vượt qua Thiên Sơn vào Tây Tạng, tiến đến trong vòng 260 km (160 dặm) của Lhasa trước khi bị các quan Tây Tạng từ chối. ·1883–1885 từ Kyakhta băng qua sa mạc Gobi đến Alashan và dãy núi phía đông Tian Shan, quay trở lại sông Dương Tử. Đoàn thám hiểm sau đó quay trở lại hồ Thanh Hải và di chuyển về phía tây đến Hotan và Issyk Kul.

Kết quả của những cuộc hành trình này đã mở ra một kỷ nguyên mới cho việc nghiên cứu địa lý Trung Á cũng như các nghiên cứu về hệ động thực vật của khu vực rộng lớn này mà những người phương Tây cùng thời với ông còn ít được biết đến. Ông đã mô tả chủng ngựa Przewalski và linh dương Przewalski. Cả hai giống loài đều được đặt theo tên của ông. Ông cũng mô tả một quần thể hoang dã lạc đà Bactrian. Vào thế kỷ 21, lạc đà Bactrian hoang dã được chứng minh là một loài riêng biệt với lạc đà hai bướu. Các tác phẩm của Przhevalsky bao gồm năm quyển sách lớn viết bằng tiếng Nga và hai bản dịch tiếng Anh: Mông Cổ, Đất nước Tangut, và Cô độc của Bắc Tây Tạng (1875) và Từ Kulja, Băng qua Thiên Sơn đến Lob-Nor (1879). Hiệp hội Địa lý Hoàng gia đã trao tặng ông Huy chương Vàng của Người sáng lập vào năm 1879 cho những đóng góp của ông.[5]

Przhevalsky qua đời vì bệnh sốt phát ban không lâu trước khi bắt đầu cuộc hành trình thứ năm của mình, tại Karakol trên bờ biển Issyk Kul thuộc địa phận Kyrgyzstan ngày nay. Ông mắc bệnh thương hàn ở sông Chu, được thừa nhận là bị nhiễm bệnh.[6][7] Sa hoàng ngay lập tức đổi tên thị trấn thành Przhevalsk. Cho dựng những tượng đài của ông và một bảo tàng về cuộc đời và sự nghiệp của Przhevalsky ở đó và một tượng đài khác ở St.Petersburg.

Chưa đầy một năm sau khi qua đời, Mikhail Pevtsov đã kế thừa những di sản của Przhevalsky và đứng đầu những chuyến thám hiểm vào sâu khu vực Trung Á. Sự nghiệp của Przhevalsky cũng được tiếp tục bởi một người học trò trẻ tuổi của ông là Pyotr Kozlov.

Có một nơi khác cũng được đặt theo tên của Przhevalsky: ông đã sống trong một ngôi làng nhỏ tên là Sloboda, Smolensk Oblast, Nga từ năm 1881-87 (ngoại trừ khoảng thời gian ông thực hiện các chuyến đi) và ông dường như yêu thích nó. Ngôi làng được đổi tên theo ông vào năm 1964 và bây giờ được gọi là Przhevalskoye. Ở đó có một khu tưởng niệm bao gồm những ngôi nhà cũ của Nikolay Przhevalsky, tượng bán thân, ao, vườn, những con hẻm bạch dương và khatka (nhà nghỉ, chòi canh). Đây là bảo tàng duy nhất của một nhà thám hiểm nổi tiếng ở Nga.

Przhevalsky được tưởng niệm khi tên ông được đặc cho chi thực vật Przewalskia (Solanaceae) Maxim. Tên ông cũng được đặt cho hơn 80 loài thực vật khác nhau.

Przhevalsky đồng thời được vinh danh trong tên khoa học của năm loài thằn lằn: Alsophylax przewalskii, Eremias przewalskii, Phrynocephalus przewalskii, Scincella przewalskii và Teratoscincus przewalskii.[8]