Во время каникул Григорий уехал на дачу к своему дяде, под Каменец-Подольский. Здесь он пробыл сравнительно недолго и здесь же встретил свою будущую жену, 16-летнюю Евгению Дмитриевну.
Григорий совершал экскурсии в бассейн среднего течения Днестра, вплоть до Могилев-Подольского на юге и тогдашней пограничной зоне на севере. Таким образом им была исследована большая часть Авратынского нагорья и Северной Бессарабии. Все собранные за это время коллекции насекомых были переданы в Зоологический музей Академии наук.
Летние каникулы 1883 года Грумм-Гржимайло решил использовать для исследования лепидрптерологической фауны Среднего Поволжья и поэтому все лето провел у А.И. Павлова, в его имении в Аткарском уезде Саратовской губернии.
Вскоре Григорию Ефимовичу представилась возможность поехать в Среднюю Азию. Но попасть туда нужно было лишь к началу весны — время, благоприятное для собрания коллекций бабочек. В этом случае экспедицию субсидировал великий князь Н.М. Романов.
Грумм-Гржимайло после его долгих просьб все же разрешили досрочно сдать экзамены. После этого Совет Петербургского университета утвердил Григория Ефимовича в ученом звании кандидата естественных наук.
В 1884 году Грумм-Гржимайло отправился на Алай за бабочками.
Согласно выработанному маршруту, Григорий Ефимович должен был посетить озеро Кара-Куль, Алайскую долину, пройти как можно дальше по реке Муксу, а затем подняться на ледник Федченко и изучить направление хребтов и характер местности по реке Маркансу, конечно, если это возможно.
В Алайскую долину Грумм-Гржимайло решил проникнуть по Ош-Вадиль-Караказыкскому пути.
20 мая Григорий Ефимович покинул Ош. Его сопровождали четверо казаков Оренбургского войска. 30 мая он прибыл в Вадиль, расположенный у подошвы Алая. Через Алайский хребет путешественник перешел 20 июня Караказыкским перевалом… Экспедиция закончилась 20 августа.
Таким образом, Грумм-Гржимайло за три месяца прошел 600 км, из них часть — одновременно выполняя глазомерную съемку. Ему удалось собрать не только богатую лепидоптерологическую коллекцию, насчитывавшую свыше 12 тысяч экземпляров при 146 видах (а 30 видов были вообще новыми для науки), но и большую коллекцию позвоночных, которая также заняла свое место в Зоологическом музее. Кроме того, во многих местах были произведены измерения высот, сделаны термометрические наблюдения за все время пути и собран интересный этнографический материал.
Среди пойманных на Алае и Памире бабочек были и такие виды, которые известны только в Гренландии и в приполярной Америке, а у нас — в Лапландии.
Осенью 1884 года Грумм-Гржимайло решил не возвращаться в Петербург, а, учитывая хорошие результаты, продолжить путешествие. Он разработал по крайней мере два проекта. В первый проект входило посещение Мервского оазиса, долины Мургаба, а затем, если будет возможность, хребта Копет-Даг, а обратно долиной Мургаба добраться до г. Андхой и долиной Аму-Дарьи попасть в горную Бухару. Второй проект заключался в следующем: из Самарканда предполагалось попасть непосредственно в горную Бухару. Грумм-Гржимайло очень хотелось посетить хребет Копет-Даг, ибо это была область никем из европейцев еще не изученная.
Григорий Ефимович отправил письмо Николаю Михайловичу Романову, в коем описал свои проекты путешествий и попросил князя выбрать наиболее приемлемый из них и послать денег. Романов одобрил второй маршрут и послал Грумм-Гржимайло вместе с ответом 2000 рублей.
Однако собранных средств для проведения экспедиции оказалось мало, и Григорий Ефимович начал искать дополнительные источники финансирования. Он пытался добиться вьщеления средств у Зоологического музея, но из этого ничего не вышло. Тогда Грумм-Гржимайло добился субсидирования своей экспедиции Географическим обществом. Последнее не только выслало ему открытый лист, рекомендательные письма и 800 рублей, но и выхлопотало у туркестанского генерал-губернатора Н.О. Розенбаха прикомандирование к экспедиции для проведения топографических работ нескольких человек.
Экспедиция вышла 29 марта 1885 года из Самарканда и закончилась 9 августа. В течение этих пяти месяцев Грумм-Гржимайло посетил Каратегин и Дарваз, горные бекства Бухары, познакомился с фауной этих областей.
По окончании экспедиции Григорий Ефимович оставался в Самарканде еще неделю, за это время написав два предварительных отчета. В Петербург он вернулся уже в середине сентября.
С момента возвращения из этой экспедиции особое покровительство и поддержку Грумм-Гржимайло стал оказывать тогдашний председатель Географического общества П.П. Семенов-Тян-Шаньский.
Весной 1886 года Григорий Ефимович стал готовиться к новой экспедиции, предварительно издав отдельной брошюрой написанный по заданию Министерства государственных имуществ «Очерк сельского хозяйства в Туркестане». На сей раз маршрут предполагал посещение южных областей западных разветвлений Тянь-Шаня. В задачу экспедиции входило проведение сравнительных зоогеографических исследований для определения связи между памиро-алайской и тянь-шаньской фауной. Поездки субсидировали Географическое общество и Н.М. Романов.
Исходным пунктом экспедиции снова стал город Ош. Маршрут пролегал по реке Карадарье, через перевал Кугарт, долину реки Нарын, вверх по течению этой реки до Нарынского укрепления, отсюда по реке Ат-Баши и через перевал Таш-Рабат к озеру Чатыркёль. Григорий Ефимович Грумм-Гржимайло, пройдя по восточному побережью этого озера и перейдя через перевал Тоуругарт, спустился в Кашгар, где пробыл несколько дней, приводя в порядок свои коллекции и обследуя местную фауну. Из Кашгара путь экспедиции пролегал через перевал Иркештам, по долине Кызылсу вдоль подножья Заалайского хребта и далее через перевалы Каук, Кичик-Алай и по реке под тем же названием. В Ош Грумм-Гржимайло возвратился в конце августа.
В результате этой экспедиции удалось установить, что лепидоптерологическая фауна Памира и прилегающих к нему областей и фауна Тянь-Шаня имеют существенные различия; а еще памирская фауна близка к фауне пригиндукушских областей. Соответствующий доклад о результатах экспедиции был сделан на очередном заседании Географического общества.
1887 год Григорий Ефимович снова встретил на Памире. На этот раз он решил проникнуть в центр этой высокогорной страны.
В этом путешествии Григория Ефимовича сопровождал его брат Михаил, бывший в то время поручиком 2-й гвардейской артиллерийской бригады. Григорий Ефимович собирал естественноисторические коллекции, этнографический материал и делал метеорологические наблюдения, а брат охотился и проводил топографические съемки.
В начале путешествия братья сразу добились высоких результатов. Им удалось пройти почти весь намеченный маршрут, но когда стали спускаться с одного из хребтов системы Каракорум к реке Аксу, случилось непредвиденное.
На Аксу путешественников нагнал китайский патруль, передавший им распоряжение российского генерального консула в Кашгаре Н.П. Петровского, чтобы экспедиция немедленно оставила Китай и возвращалась на родину.
Такое распоряжение поставило братьев Грумм-Гржимайло в крайне тяжелое положение. Через почти необитаемый Вахан пройти было сложно из-за крайней скудности заканчивающихся продовольственных запасов, оставалось только попытаться пройти через долину Аксу.
17 августа голодные путешественники с трудом добрались до Оша.
Но, несмотря на такие досадные недоразумения, результаты экспедиции были весьма значительны: на протяжении 2000 км пути была произведена съемка в 5-верстном масштабе, были открыты и изучены (по возможности) ледники в верховьях реки Танымас, определены высоты 20 новых пунктов и проверены старые определения…
В 1888 году Г.Е. Грумм-Гржимайло предпринял на собственные средства небольшую поездку на средний Урал, на которую, правда, выделил немного денег и Зоологический музей Академии наук. Цели поездки опять были зоогеогра-фические.
Обследование среднего Урала Григорий Ефимович Грумм-Гржимайло начал с юга от Златоуста, а завершил на широте Ирбита. По приезде все энтомологические коллекции и данные были переданы в Зоологический музей.
В 1889 году состоялась самая продолжительная экспедиция Грумм-Гржимайло — в Центральную Азию (в Пригин-дукушские страны). Первоначально разработанный маршрут встретил поддержку в Географическом обществе, а затем Совет по политическим и иным соображениям предложил Григорию Ефимовичу изменить этот маршрут и вместо юга избрать объектом исследований Тянь-Шань и Нан-Шань.
В состав экспедиции, кроме Григория Ефимовича, входили его брат Михаил, конвой из семи казаков и два переводчика.
Путешествие началось 27 марта 1889 года и длилось 1,5 года. Путешественники вышли из Джаркента, перешли шумную горную речку Хоргос и вскоре достигли города Кульджа, расположенного на реке Или у подножья высокого крутого хребта Боро-Хоро, входящего в горную систему восточного Тянь-Шаня и служащего водоразделом Илийского и Джунгарского бассейнов. Далее экспедиция через перевалы направилась к большому озеру Эби-Нур, откуда снова поднялась в горы; путь продолжался по почти неисследованным областям.
Экспедиция дала блестящие результаты: было проведено много съемок и наблюдений, удалось собрать коллекцию редких млекопитающих, в том числе дикой лошади.
В мае 1891 года Грумм-Гржимайло уехал в Одессу к своему дяде Д.М. Без-Корниловичу. 15 сентября 1891 года Грумм-Гржимайло женился на Евгении Дмитриевне Без-Корнилович, которой еще в студенческие годы обещал вечную дружбу и любовь.
Далее семья Грумм-Гржимайло уехала в Петербург, где Григорий Ефимович погрузился в работу кабинетного ученого: обработка обширных коллекций потребовала напряженного труда в течение ряда лет. Одновременно было опубликовано множество научных статей и книг, посвященных результатам экспедиции.
В 1899 году Григорий Ефимович начал читать лекции по экономической географии Азии в дополнительном классе Первого коммерческого училища. Но это продолжалось недолго: в 1901 году класс по неизвестным причинам был ликвидирован. Правда, Грумм-Гржимайло еще в 1893 году работал в Постоянной междуведомственной комиссии при министерстве финансов по вопросам русской торговли в Средней Азии. Поэтому в период закрытия класса он был поглощен весьма сложной работой по организации для казны таможенной охраны границ с Монголией и Маньчжурией.