Первое путешествие сразу же выдвинуло Певцова в число выдающихся исследователей Внутренней Азии. В «Путевых очерках Джунгарии» им мастерски описан бассейн озера Улюнгура, юго-восточные окраины Алтая и Джунгарская Гоби. До Певцова между Булун-тохоем и Гученей не бывал никто из путешественников, и М. В. не только дал превосходное описание пройденных мест, но и положил свой маршрут на карту.
1878-1879 – Географическое общество помогло Певцову осуществить новую, более значительную экспедицию с торговым караваном (в Монголию и северный Китай). От станции Алтайской через город Кобдо в крупный торговый город Хуху-хото, расположенный к северу от огромной излучины Хуанхэ, лежал путь, который ни разу не был пройден исследователями. Певцов двинулся вдоль Монгольского Алтая и по южному Хавгаю, пересек затем северную и восточную Гоби. Вернулся он через Калган на Ургу и далее через Хангай и котловину Больших Западных озер на Алтай. Весь этот огромный путь был положен на карту. Были барометрически измерены 44 высоты, определены координаты 28 пунктов. Результатом путешествия было и научное объяснение различий ландшафтов Русского и Монгольского Алтая.
1883 – М.В. Певцов проводил границу с Китаем к востоку от озера Зайсана.
1889-1890 – руководил экспедицией по Вост. Туркестану, Сев. Тибету и Джунгарии. Два первых путешествия по Джунгарии и Монголии поставили Певцова в число выдающихся исследователей Внутренней Азии. Не случайно поэтому, в 1888 г., после гибели Н. М. Пржевальского на пороге пятого его путешествия, Географическое Общество возложило руководство экспедицией на М. В. Певцова. Задачей экспедиции было исследование хребта Кунь-лунь и прилегающих районов Кашгарии и Тибета. Экспедиция оставила берега Иссык-Куля весной 1889 г. Помимо М. В. Певцова, в нее входили ученики Пржевальского - В. И. Роборовский, П. К. Козлов и геолог К. И. Богданович. Перевалив Тянь-Шань. Певцов вступил в Кашгарию. По окраине огромной пустыни Такла-макан экспедиция прошла в Яркенд, один из крупнейших древних городов Кашгарии. Певцов не пошел прямо на Хотон - другой обширный оазис, а провел полтора месяца в северных отрогах Кунь-луня (урочище Тохта-хон). Зимуя в селении Ния, путешественники установили первую метеорологическую станцию в глубине Центральной Азии. Собранные ею данные были поистине неоценимы.
Помимо инструментальных сведений, экспедицией были собраны интереснейшие материалы о пылевых туманах, селевых потоках, многообразных явлениях погоды. Через полгода Певцов выступил в апреле к Кунь-луню, названному в этой части Н. М. Пржевальским хребтом Русским. В Карасае М.В. вел обширные климатологические, магнитные и этнографические наблюдения. Впервые наблюдает и дает он объяснение восходящим снизу из пустыни дневным токам воздуха большой силы, что представляло немалый интерес для науки. В это же время П. К. Козлов и В. И. Роборовский совершают экскурсии к югу, вглубь Кунь-луня, и собирают там первые сведения о местности за Русским хребтом, которую Н. М. Пржевальский обозначил на картах как «совершенно неизвестную». Вернувшись к июню, они вместе с Певцовым отправились в глубь Кунь-луня, пересекли Русский хребет и стали лагерем на равнине, лежащей на высоте 4 000 м на берегу озера Даши-куль. Отсюда был сделан исключительно интересный маршрут на окраине Тибета; поднявшись на перевал, расположенный на 1 000 м выше равнины, т. е. на высоте около 5 000 м, Певцов увидал перед собой землю, покрытую цепью холмов и лежащую всего на 100—150 м ниже перевала.
Певцов не только был первым исследователем лежащей на юг суровой тибетской пустыни, но, возможно, первым человеком, посетившим ее. «Тщетно мы искали в этой невыразимо печальной стране, — писал он, — каких-либо признаков временного посещения ее людьми. Их нигде решительно не оказалось. В этой пустыне можно было видеть, как снежные бури сопровождаются раскатами грома и яркими молниями, как под нестерпимо жаркими солнечными лучами на следующий день тает выпавший ночью глубокий снег».
Кунь-лунь — эта окраина Тибета, после исследований Певцова предстала на картах в совершенно новом виде, а отчет об этом путешествии, переизданной ныне Географгизом, подобно трудам Пржевальского и Потанина, стал классическим. В наши дни, когда Тибет привлекает большое внимание читателей, труды Певцова приобретают особую актуальность.
Имя Певцова академик В. А. Обручев поставил в одном ряду с Потаниным и Пржевальским, но он был исследователем иного склада. Певцова в равной мере интересовали как неведомые земли, так и районы, через которые уже проходили до него путешественники.
Из военных топографов, работавших в прошлом столетии в Центральной Азии, самые точные астрономические вычисления были даны Певцовым. Ему же принадлежит новый метод астрономического определения широт. Его описания метеоусловий, тщательные исследования отдельных районов до сих пор не утеряли научного интереса. Вместе с тем М. В. Певцов был достойным преемником Пржевальского в открытии новых земель и неизвестных хребтов.
