Из Донкыра экспедиция в четыре перехода достигла озера Куку-нор, того самого, о посещении которого мечтал знаменитый географ Гумбольдт и, читая его книгу о Центральной Азии, мечтал и Потанин.
Озеро было еще покрыто льдом, а горы его южного берега были затянуты пыльной мглой, так что вид на озеро не произвел особого впечатления. Это озеро имеет около ста километров в длину и около пятидесяти в ширину и лежит на высоте 3090 метров в широкой долине между двумя горными хребтами. С востока его замыкают менее высокие горы, а на запад долина продолжается далеко, орошаемая рекой Бухаин-гол, главным притоком озера, которое стока не имеет, так что вода его горько-соленая. В ясную погоду озеро представлялось синим зеркалом (откуда и название: куку — синий) в зеленой раме, уходящим на запад, за горизонт; гребень окружающих гор еще был покрыт снегом. Северный хребет, более высокий и скалистый, кое-где имеет и снеговые вершины. С этих гор в озеро текут многочисленные речки.
Среди озера белел небольшой остров, на котором, как узнали путешественники, жило несколько буддийских отшельников. Они почти 10 месяцев в году были отрезаны от всего мира, так как лодок на озере не было; только зимой, когда озеро покрывалось прочным льдом, к отшельникам приходили паломники и приносили им запас пищи на год. Но в иную зиму, когда сильные бури взламывали лед, паломники не решались навещать отшельников, которые тогда довольствовались молоком от стада коз, пасущихся на острове. Жили они в пещерах и пили дождевую воду из ямы; они проводили все время в молитвах и созерцании, доили коз и лепили из глины фигурки богов, которые раздавали паломникам за продукты — дзамбу и чай.
Экспедиция прошла по восточному и северному берегам озера и осмотрела большие песчаные дюны, нагроможденные ветрами из песка, выбрасываемого волнами. На лугах северного берега видны были черные палатки тангутов, стада яков и длинношерстных тибетских овец. Прежде на берегах озера жили также монголы-олеты, но тангуты долины Бухаин-гола совершали на них грабительские набеги и постепенно вытеснили олетов на восток, хотя земли на Куку-норе продолжали считаться принадлежащими монгольскому князю.
Познакомившись с Куку-нором в неудачное весеннее время, когда озеро было покрыто льдом, грязным от пыли, нанесенной западными ветрами, Потанин не мог оценить красоту его и, не задерживаясь, повернул в долину реки Харги, текущей из северного хребта. По этой долине в три перехода достигли перевала через хребет; подъем шел по речке, еще покрытой толстым льдом; на горах в логах и впадинах лежал снег. Перевал имел 4150 метров высоты. Подъем и спуск были пологие, и рассказы тангутов, что перевал не доступен для верблюдов, оказались ложью. Спуск привел в широкую долину реки Да-тун-гол, которая отделяла этот первый хребет системы Нань-шаня от второго. Дно долины представляло во всю ширину сплошное кочковатое болото, но пройти его было нетрудно, — весна на этой высоте в 3550 метров едва начиналась, и болото еще не оттаяло. Благодаря тому же обстоятельству река была не глубока, ее легко перешли вброд и остановились у подножия второго хребта, в устье ущелья. Пока ставили палатки, стадо баранов, которое было куплено еще перед Куку-нором для продовольствия, убежало; в это время начался снежный буран, и выследить баранов было невозможно; посланные люди вернулись без них. Буран продолжался всю ночь. Утром, когда он прекратился, возобновили поиски и, наконец, нашли стадо, укрывшееся в котловине между горами. Из-за этого потеряли целый день.
Дальше поднялись на второй хребет по короткому ущелью. Перевал в 4035 метров был под снегом, дул сильный холодный ветер, поднимавший снег; температура упала до —9°, руки мерзли. Спускать верблюдов с перевала по глубокому снегу пришлось по одному; с одного вьюк свалился, другой порезал себе подошву об острые камни под снегом. В конце спуска снега почти не было, но дно долины было болотистым, и верблюды скользили. На ночлеге с трудом нашли место для палаток,— везде были кочки. Стоянка была у границы леса, ниже ее видны были деревья можжевельника.
На следующий день перевалили на северном склоне в долину реки Бага-донсук. Спуск был очень болотистый, вся долина была занята болотом с густым кустарником; с трудом выбирали направление для прохода верблюдов. Ниже болото стало суше, но кусты стали выше, что тоже затрудняло проход вьюков; кусты караганы и колючей облепихи достигали двух метров высоты. Еще ниже на склонах появился лес из ели и можжевельника; здесь ночевали и на утро спустились в широкую долину реки Эдзин-гол, отделяющую второй хребет от третьего. Последний китайцы называли Па-бао-шань, монголы — Найман-эрдени-ола; то и другое значит — гора восьми драгоценностей. Вершины его были под снегом.