Вскоре по окончании университета, в 1849 году, Семенов был принят в число членов Географического общества. С этого времени его жизнь становится неразрывно связанной с деятельностью этого учреждения, где он работал сначала в качестве библиотекаря, затем секретаря, председателя отделения географии физической. Наконец с 1873 года Петр Петрович бессменно избирался главою Общества и в этой должности состоял вплоть до своей кончины в 1914 году.
Годы 1853 — 1855 Семенов провел за границей, где поставил себе целью подготовиться к задуманному им путешествию в Тянь-шань. Гумбольдт предполагал, что в этой горной системе существуют ныне действующие или недавно потухшие вулканы.
Для изучения вулканических явлений Семенов посетил окрестности Неаполя и совершил семнадцать восхождений на Везувий.
Экспедиция на Тянь-шань. Путешествие через Сибирь
Вернувшись в Петербург, Петр Петрович весною 1856 года снарядился в свою экспедицию на Тянь-шань.
До Москвы он доехал по железной дороге и далее до Нижнего Новгорода (теперь город Горький)— по шоссе. Там он купил тарантас казанской работы и отправился в путь по Большому сибирскому тракту. У Екатеринбурга (теперь Свердловск) Уральский хребет можно переехать почти незаметно. «Только верстовой столб с надписью с одной стороны «Европа», а с другой — «Азия» наивно, хотя наглядно, изображал искусственную границу обеих частей света».
«Уральский хребет, — пишет П. П. Семенов, — колоссальный по своему протяжению с севера на юг, ни в физическом, ни в экономическом отношениях не служит к разъединению двух частей света, между которыми проходит. Ни для климатических особенностей, ни для флоры и фауны Урал не составляет резкой границы. Минеральные богатства хребта завязывают самый прочный узел взаимных связей между обитателями европейского и азиатского склонов».
Вскоре за Екатеринбургом началась великая Западно-сибирская низменность, самая обширная в Старом свете. Абсолютные высоты этой низменности обычно не превосходят ста или немногим более метров. На ней на пути от Урала к Алтаю, начиная от последних уральских до первых алтайских предгорий, нет ни одного камня ни в виде твердой горной породы, ни даже в виде валунов, так что обилием каменных строительных материалов эта страна похвалиться не может. Но зато покрыта она необозримыми лесами.
С любопытством наблюдал Семенов весеннюю растительность Западно-сибирской низменности. Он мог убедиться в справедливости мнения, что вплоть до Енисея растительный мир Сибири имеет, в общем, европейский облик. Те же светлолиловые головки сон-травы, золотые цветы горицвета, густосиние медуницы составляли и в Сибири украшение растительного покрова.
Вот как описывает Семенов Ишимское лесостепье: «Березовые перелески, луга и обширные пространства стоячей воды перемежались между собой. Растительный покров влажной степи носил всё еще европейско-русский характер. Пушистый лиловый сон,[7] золотые горицветы, белые крупные цветы другой ветреницы, бледно-желтые стройные мытники, высокие красные медовики и, наконец, на более сухих местах грациозно волнующийся на ветре ковыль всего более характеризовали покров степи.