Маршрут экспедиции 1902 г. охватил 2 000 верст караванного пути и занял пять месяцев. Его можно разбить на ряд отрезков: ранней весной В. В. Сапожников прошел степи и пески на восток от Балхаша и отчасти долину Или; в начале лета он вышел из г. Верного (Алма-Ата) в Боомское ущелье и исследовал южный берег озера Иссык-куль, с рядом пересечений хребта Терскей Ала-тау; в середине лета экспедиция прошла из г. Пржевальска в долину Тургень-Аксу и в Центральный Тянь-шань; наконец, осенью, передвинувшись в г. Джаркент (Панфилов), Сапожников подошел с юга к Джунгарскому Ала-тау, после чего этот хребет был пересечен двумя сложными маршрутами -- от реки Хоргос на запад-северо-запад и, после выхода в г. Копал, на восток, с обследованием истоков рек южного и северного склонов до озера Джасыл-куль и на север до г. Лепсинска.

Число участников -- научных сотрудников на различных участках было четыре-пять; это были три студента медика, геолог, рекомендованный профессором В. А. Обручевым, и учитель из Верного. Работа велась большей частью отдельными партиями, и караван редко собирался вместе. Вся организация передвижения в этой экспедиции, так же как и в последующих экспедициях в Семиречье, была иной, чем на Алтае. При переходе из одной волости в другую киргизы выставляли нужное количество лошадей и юрт. Передвижение на лошадях данной волости устраняло опасность их угона. В Тянь-шане и Джунгарском Ала-тау вьючные быстро утомлялись при больших переходах и трудных перевалах, так что нередко приходилось их менять в пределах одной волости. За пять месяцев был собран большой флористический материал, составивший, как пишет в отчете В. В. Сапожников, 5 000 гербарных листов. Этот материал поступил в гербарий Томского университета и в Ботанический институт Академии наук (дубликаты).

Были собраны также коллекции млекопитающих, пресмыкающихся, птиц, рыб и насекомых; эти сборы были переданы для обработки различным специалистам. Петрографическая коллекция поступила на кафедру В. А. Обручева во вновь открытом Томском технологическом институте (Томский политехнический институт им. Куйбышева). Коллекции упаковывались и отсылались в конце каждого этапа пути.

Высокогорная часть путешествия была начата, как сказано выше, в середине лета, в Центральном Тянь-шане.

Число посещений Тянь-шаня русскими путешественниками было к тому времени значительным (П. П. Семенов, Н. А. Северцов и др.). Но Центральный Тянь-шань представляет такую мощную и сложную группу высоких хребтов, так трудно проходим, что и здесь В. В. Сапожников сделал, как и на Алтае, ряд крупных открытий. Проникнув на юг от озера Иссык-куль за хребет Терскей Ала-тау и хребет Куэлю, В. В. Сапожников обнаружил целый хребет за рекой Теректы и дал ему то же название. Здесь впервые была определена высота ряда вершин. Сапожников дошел в южном направлении до пограничного хребта Кок-шаал-тау, но особенное внимание уделил горной группе Акшийряк, составляющей водораздел между истоками реки Нарына (верхнее течение Сыр-дарьи) и правыми притоками реки Сарыджас, принадлежащей к системе реки Тарима. К Хан-тенгри подошли вплотную у истоков Сарыджаса (ледник Семенова), где проработали пять дней в условиях ежедневных снежных бурь во второй половине дня. Определения высоты Хан-тенгри (6 900 м) подтвердили прежние данные. Из истоков Сарыджаса перешли в долину Баянкола и к пограничному поселку Охотничьему.

В последнем этапе путешествия, осенью, было выполнено задание Русского Географического общества по обследованию Джунгарского Ала-тау. Высота этого хребта оказалась значительно ниже, чем высоты хребтов Центрального Тянь-шаня. В истоках рек находились многочисленные, но явно усыхающие ледники и следы мощного древнего оледенения.

В первом же боковом разъезде В. В. Сапожникова к истокам реки Хоргос его постигло самое суровое за всю экспедицию испытание. Он чуть не потерял зрение. 30 июля с утра началось ненастье, вскоре перешедшее в сильный буран. Укрылись в палатке, но она сильно провисала от массы падавшего снега, и приходилось каждые четверть часа сбрасывать с палатки снег. Ночь выдалась ясная, следовательно, морозная, а на утро -- ослепительно яркое солнце при глубоком нестаявшем снеге.

Чтобы пробиться к каравану, надо было пройти два трудных перевала, заваленных свежевыпавшим снегом. На первом же перевале тропу потеряли. Один из проводников догадался погнать вперед порожних лошадей, которые предоставленные самим себе, нашли тропу и вывели маленький караван.

Не рассчитывая на снег и ледники, В. В. Сапожников не взял с собой темных очков; от ослепительного солнечного блеска появилась режущая боль в глазах, В. В. Сапожников перестал видеть. С трудом добравшись до стана, В. В. Сапожников должен был пролежать двое суток с холодными компрессами на глазах, после чего боль стала стихать и зрение восстановилось.

Много лет спустя Василий Васильевич признавался, что эта угроза слепоты была самым тяжелым испытанием в его жизни. Но все обошлось благополучно, а работа не останавливалась и во время болезни, только инструментальную съемку вел в эти дни за него геолог.

В 1904 г. было осуществлено второе путешествие по вышеописанному нлану. На этот раз В. В. Сапожников работал с В. Ф. Семеновым и двумя коллекторами. Путешествие 1904 г. распадается на два отрезка: были пройдены горная группа Саур с отходящими от нее хребтами Манрак и Тарбагатай и восточвая часть Джунгарского Ала-тау от Эбинорского прохода до истоков Лепсы и Арганакатты. Таким образом, было закончено предварительное обследование Джунгарского Ала-тау, и маршруты 1902 и 1904 гг. были сомкнуты.

В 1904 г. вышел первый том, а в 1906 г. второй том книги "Очерки Семиречья" с двумя листами карт Центрального Тянь-шаня и Джунгарского Ала-тау, с нанесенным на них маршрутом 1902 г. и рядом отметок (место стана, база инструментальной съемки, конечная морена и другие детали). Карта выразительно передает рельеф местности, пределы оледенения.

Путешествия в Монгольский Алтай в 1905, 1906, 1908 и 1909 гг. и книга "Монгольский Алтай в истоках Иртыша и Кобдо"

В мировом землеведении имена русских исследователей Центральной Азии занимают первое место. Русским Географическим обществом были снаряжены экспедиции Н. М. Пржевальского, В. И. Роборовского, П. К. Козлова, Г. Н. Потанина, В. А. Обручева, М. В. Певцова и других исследователей. Маршруты их экспедиций покрыли густой сетью территории пустыни Гоби, бассейна реки Тарима, хребта Кунь-лунь и Тибета. Путешествия русских исследователей Центральной Азии, длившиеся по два-три года и сопряженные с большими трудностями и опасностями, дали для науки очень много ценного: были нанесены на карту огромные, ранее не снятые на карту, пространства, описана их природа и населяющие народы.