Здесь путники пробыли недолго. Покинув долину Тэтунга и горный хребет Бурхан-Будда, экспедиция вступила в северо-восточную часть Тибета, где и занялась изучением большого района бассейнов рек Хуанхэ и Янцзыцзяна. Во время изучения озер приходилось дважды отбивать вооруженные нападения воинственного племени иголоков. Юный Петр Козлов проявил в этих схватках большое мужество, за что впоследствии получил в награду Георгиевский крест. Экспедиция вернулась в Россию 10 ноября 1885 года. За два года она преодолела на верблюдах и лошадях почти 8000 километров и собрала богатейший материал о природе и быте населения исследованных стран.
Непосредственно на Петра Козлова во время экспедиции было возложено довольно много обязанностей. Помимо их он занимался также составлением зоологической коллекции, в основном, состоящей из различных млекопитающих и птиц. Также за время экспедиции он выучился проводить глазомерную съемку, определять высоты, вести наблюдение за природой и человеком, необходимые вещи фиксировать в дневнике.
Н.М. Пржевальский позаботился о том, чтобы Петр получил военное образование. С этой целью последний поступил в Петербургское военное училище. Сам Николай Михайлович удалился в Слободу для написания очередного отчета, но и оттуда следил за успехами своего ученика, давал различные советы.
Через два года Петр Кузьмич окончил училище, получил звание подпоручика и вернулся в Слободу.
Пржевальский наметил проект пятой экспедиции, намереваясь захватить с собой и Козлова. Последний же по окончании отпуска возвратился в Москву, в лейб-гренадерский Екатеринославский полк, где он проходил службу.
Проект пятой экспедиции был утвержден Географическим обществом в марте 1888 года. К сожалению, для знаменитого путешественника этот поход оказался последним: смерть настигла его на берегу озера Иссык-Куль. Петр Кузьмич Козлов на могиле своего старшего друга и наставника поклялся продолжать его дело по исследованию Центральной Азии и сдержал свое обещание.
Несмотря на тяжелую утрату, экспедиция продолжила работу, теперь уже под руководством известного астронома М.В. Певцова, ранее путешествовавшего по Монголии и Северному Китаю.
Певцов хоть и принял руководство экспедицией, но понимал, что ему не удастся полностью заменить Пржевальского и выполнить намеченный им объем работ. Поэтому было решено сократить маршрут, ограничившись исследованием Китайского Туркестана, северной части Тибетского нагорья и Джунгарии.
Чтобы исследовать как можно больше территории, Певцов разрешал членам экспедиции отклоняться от основного маршрута.
Петр Кузьмич Козлов провел четыре таких самостоятельных поездки. Он переложил на план довольно большую площадь и собрал очередную богатую зоологическую коллекцию.
Он самостоятельно посетил Кончедарью (левый приток Тарима) и северный берег озера Бакраш-Куль. Результаты поездок были им описаны в виде отдельных статей, включенных в труды экспедиции 1889–1990 годов. В них Козлов дал полное и красочное географическое описание изученных территорий — климатические условия, флора и фауна, жизнь местного населения.
Работу Козлова в экспедиции по достоинству оценило Географическое общество, присудив ему медаль имени Пржевальского. Благодаря этому путешествию, Козлов стал известен как неутомимый исследователь-географ.
В апреле 1892 года совет Русского географического общества утвердил проект двухсторонней экспедиции на восточную окраину Нагорной Азии, одну — во главе с Г.Н. Потаниным, вторую — во главе с В.И. Роборовским, еще одним сподвижником Н.М. Пржевальского.
Петр Кузьмич Козлов участвовал в экспедиции Роборовского, длившейся с 1893 по 1895 год, в качестве старшего помощника.
Экспедиция отправилась 15 июня 1893 года в город Кара-кола (сейчас Пржевальск). Здесь Козлов в полной мере проявил свои блестящие способности исследователя.
Труд между учениками Пржевальского распределялся поровну: например, В.И. Роборовский составлял гербарий, а Козлов по-прежнему занимался сбором экспонатов для зоологической коллекции.
В этом путешествии члены экспедиции также совершали самостоятельные поездки. У Козлова самой замечательной из совершенных в этом путешествии была поездка из Люкчюна на юг, с базой в Кызыл-Сыныре и далее через Лобнор по пескам Кумтагш в оазис Са-Чжау. Эта поездка заняла 2,5 месяца, в это время был собран богатейший материал, в частности, в пустыне Кум-таш П.К. Козлову посчастливилось добыть трех диких верблюдов и изучить их повадки.
Экспедиция исследовала Наньшань и направилась в Северо-восточный Тибет.
Работы уже были почти закончены, когда произошло несчастье. 21 января 1890 года в горном лабиринте Амнэ-Мачин Раборовского сразила тяжелая болезнь (паралич). Петр Кузьмич Козлов на правах старшего помощника возглавил экспедицию. Но, естественно, дальнейшее изучение Тибетского нагорья пришлось приостановить и спешно возвращаться, ибо жизнь Роборовского оказалась под угрозой.
По возвращении Козлов занялся составлением отчета экспедиции, назвав его «Отчетом помощника начальника экспедиции».
Четвертое путешествие Козлова, в котором он уже выступил как руководитель, состоялось в 1899 году и длилось опять-таки два года. На его подготовку Петр Кузьмич потратил почти три года, прочитав за это время огромное количество книг и обдумав каждую деталь плана путешествия. Целью новой экспедиции было изучение Гобийского Алтая, прилегающей к нему Центральной Гоби, а также Восточного Тибета. Географическое общество план утвердило; газеты известили читателей о готовящейся экспедиции, и к Козлову стали приходить многочисленные просьбы о зачислении в ее состав. В числе просителей были люди самых разнообразных профессий, а потому Петр Кузьмич был вынужден заняться тщательным отбором состава экспедиции. Сам Козлов в своих воспоминаниях отмечал: «Я их выбирал более строго, нежели выбирают невесту».
Четвертая экспедиция Козлова имела более богатое и разнообразное снаряжение, чем предыдущие: различные приборы для астрономических, гипсометрических и метеорологических наблюдений, брезентово-пробковая лодка, резиновые мешки для хранения воды, жестяную печь для согревания еды и жилища. 8 мая 1899 года Козлов и его молодой спутник А.Н. Казнаков покинули Москву и отправились в станицу Алтайская, начальному пункту экспедиции.
После месячной подготовки экспедиция в составе 22 человек 14 июля направилась к границе и, перейдя перевал Улан-Дабан, 7 августа вступила в долину реки Кобдо.
Далее путешественники направились по Монгольскому Алтаю и изучали эту горную страну ровно три месяца. Местное население дружелюбно относилось к путешественникам, предоставляло им кров и топливо, пасло их лошадей. Это позволяло Козлову отпускать своих людей в стороны от главного маршрута для более детального изучения местности.
Далее экспедиция шла через пустыню Гоби, причем был выбран новый маршрут по неизвестной части пустыни, где не было воды и, следовательно, растений. Особенно трудным был переход через барханы, расположенные в области гобийских песков Баданчжарэнг.
Переход через пустыню Гоби занял более 45 дней, в этот период на карту было переложено около 900 километров пути. 18 января путешественники сделали небольшую остановку в городе Лян-Чжоу.
Оттуда экспедиция направилась в Чортэнтану, куда путь лежал через северную гряду Наньшаня по долине реки Сагрын-гол до впадения в нее Ярлын-гола. Из Чортэнтана путники отправились к озеру Кукунор, а от него в Восточный Цайдам.
Далее планировалось выполнить самую ответственную миссию — исследование Тибета. Из участников экспедиции сформировали специальный отряд, а верблюдов заменили яками.
17 мая 1900 года отряд двинулся намеченным путем. Летом 1900 года он достиг верховьев великой реки Южной Азии — Меконга. Тут путешественники провели две недели, наблюдая за животными и птицами. Здесь водились барсы, рыси, несколько видов кошек, медведи и даже обезьяны.
15 ноября отряд переправился через Меконг и направился в Иходоский округ, чтобы выбрать место для зимовки. Такое место нашлось в селении Лунтокндо, расположенном в глубоком ущелье речки В-чю.
В селении экспедиция пробыла до 20 февраля 1901 года. В это время ведется наблюдение и изучение быта иходосцев, часть которых занимается земледелием, а часть ведет кочевой образ жизни.
На родину путешественники возвратились в ноябре 1901 года. До этого они успели провести исследование бассейна реки Ялунцзян.
Во время четвертого путешествия был открыт ряд гор, горных хребтов и рек. П.К. Козлов первый открыл водораздельный горный хребет между бассейнами рек Меконг и Голубая, назвав его именем Русского Географического общества. Описание Козловым этого путешествия было издано в виде отдельной книги под названием «Монголия и Кам».
Заветной мечтой Петра Кузьмича Козлова был поиск развалин древнего города Хара-Хото. Перед отъездом из Петербурга он делился ею со своими друзьями.
С этой целью Русскому географическому обществу был представлен проект пятой экспедиции, в которой планировалось исследовать Северную и Южную Монголию, Кунорскую область и северо-западную Сычуань.
18 октября 1907 года Козлов с частью своих спутников направились в Москву для получения дополнительного снаряжения, после чего выехали в Кяхту, куда и прибыли 2 декабря.
На окончательную подготовку ушел почти месяц, и наконец экспедиция направилась к Урге.
До Урги путешественники добрались за 11 дней, причем им пришлось перенести сильные морозы, доходившие иногда до 47°С.
Из Урги путешественники направились к горному массиву Гурбун-Сайхан (что переводится как «три красивых прекрасных»), состоявшему как бы из трех отдельных хребтов: западного Бурун-Сайхан, среднего — Дунду-Сайхан и восточного — Бурун-Сайхан.
Петр Кузьмич постоянно расспрашивал местных жителей о развалинах города Хара-Хото, но все они отрицали их существование, говоря: «Вы, русские, хотите знать больше нас даже о наших местах».