В 1867 г. Г. вновь посетил Подмосковный бассейн с целью ознакомления с месторождениями каменного угля в Малевке и Товарковке. В очень любопытном отчете об этом исследовании он сообщает подробные сведения о протяжении тульско-калужской каменноугольной формации и о разрабатываемых там каменноугольных месторождениях. Летом 1872 г. Г. осмотрел каменноугольные месторождения Рязанской губернии.
По его заключению, в области центрально-русской каменноугольной формации находятся столь большие запасы железных руд хорошего качества, что в России может развиться значительная железная промышленность. В этом же отчете Г. указал на необходимость составления и издания подробной пластовой карты Рязанской, Тульской и Калужской губ. Эта мысль нашла себе отголосок в среде горной администрации, и под руководством Г. была составлена пластовая карта Донецкого бассейна и геогностическая -- западного склона Урала. Кроме того, на него же была возложена обязанность наблюдения по составлению такой же карты для Московского бассейна.
Упадок горного (рудничного) промысла в Олонецкой губ. побудил правительство снарядить экспедицию для геологических исследований этого края. Во главе экспедиции стоял Г. (в 1856--1859 гг.), исследования которого дали более яркую картину горных богатств Олонецкого округа ("Геогностическое исследование Олонецкого горного округа, произведенное в 1856, 1857, 1858 и 1859 годах" в "Горном Журнале", 1860, ч. IV, и по-немецки "Das Olonezer Bergrevier geologisch untersucht in den Jahren 1856, 1857, 1858 und 1859", СПб., 1860, с картой). Петербургская и Остзейские губ. также в различных местах и в разное время были исследованы Г. Так, в 1838--1839 гг. в Эстляндской губ. он осмотрел месторождения глинистого сланца. Возвратясь из Тульской и Калужской губ. (1860 г.), Г. принялся за изучение реки Наровы (от водопада до ее устья). Описание произведенных здесь изысканий содержит очерк геогностического строения берегов, отмели, бара и проч. В следующие два года были посещены Чудское озеро и верховья реки Наровы ("Чудское озеро и верховье реки Наровы", прил. к "Запискам Акад. Наук", 1865, т. VII; по-немецки в "Beiträge zur Kentniss des Russischen Reichs" Бэра и Гельмерсена). Затем в 1870-х гг. с различными целями несколько раз Г. посещал Курляндскую губ.: исследовал торфяники делювиальной эпохи, осматривал северную оконечность острова Эзеля.
Царство Польское и Гродненскую губ. Г. посетил в 1873 г. для определения характера буроугольных месторождений. За год до этого Г. было поручено исследовать настоящие причины и наиболее рациональные способы прекращения флецового пожара, происходившего в каменноугольной копи в Домброве. В 1873 г. он вновь посетил Домброву для осмотра работ по тушению пожара. Западный угол Царства Польского и Иноврацлав в Пруссии были исследованы им в 1875 г., Киевская и Херсонская губ. -- в 1869 г., и по исследовании этих мест представлен был им подробнейший доклад о нахождении бурого угля.
Имеющий столь важное значение Донецкий каменноугольный бассейн также был предметом неоднократных исследований Гельмерсена. Так, в 1863 г. он исследовал Луганский горный округ и предложил меры для усиленной и более рациональной разработки месторождений каменного угля. Кроме того, по его заявлению и под его же руководством была составлена пластовая карта Донецкого каменноугольного кряжа. Спустя 9 лет (1872 г.) Г. вновь посетил Донецкий кряж. Подвергшиеся в 1850 г. опустошительному действию Черного моря Бессарабские соляные озера послужили для Г. предметом подробного исследования в 1852 г. по поручению министерства финансов. В отчете по этому предмету содержатся статистические сведения о соляном промысле и результаты подробных геогностических исследований. Между прочим в 1864 г. Г. было поручено, в целях открытия источников нефти, исследование грязевых вулканов Крымского и Таманского полуостровов и в этом же году -- исследование берегов Волги в Симбирской и Самарской губ. В 1865 г., т. е. спустя 30 лет после первого исследования Урала, Г. вновь посетил его и осмотрел местности возле горы Полюдов Камень. Что же касается западного склона Урала, то ввиду значительной промышленности и большой потребности в каменном угле, Г. назначил местности, где предпочтительно следует искать его, и указал на необходимость соединения железной дорогой каменноугольных месторождений. Спустя пять лет, по Высочайшему повелению Г. вновь был командирован на Урал для нового осмотра месторождений каменного угля в северной части его, и сообразно с его исследованиями решался вопрос о проведении железной дороги. Отчеты Г. о произведенных им исследованиях обыкновенно печатались по-русски в "Горном Журнале" и по-немецки в Bulletin Академии Наук. Наконец, нужно упомянуть о путешествии, совершенном Г. в Швецию и Норвегию для изучения этих стран в геогностическом отношении.
Громадные заслуги Гельмерсена далеко не ограничились вышеприведенными исследованиями, путешествиями и отчетами о них. Целый ряд важных научных трудов Г. создал ему имя одного из самых выдающихся русских геологов. Среди трудов Г. находятся такие, которые доставили ему европейскую известность. Во время многочисленных геологических исследований с практической целью Г. приобрел большую опытность и собрал немало данных, представляющих общий огромный интерес для геологической науки. В особенности интересны данные, объясняющие состав, распространение и размеры всех произведений ледникового периода. Следы продолжительного действия этого периода ни в одном европейском государстве нельзя изучать на таких огромных пространствах и при таких различных геологических условиях, как в северной России. По этой причине многие ответы, относящиеся к явлениям ледникового периода, ожидались от русских геологов. И действительно, Г. в 1867 г. написал статью о нахождении в Финляндии исполинских котлов и их происхождении ("Das Vorkommen und die Enstehung der Riesenkessel in Finnland" в "Mémoires" Академии Наук, ч. VII), а в 1869 г. в весьма интересной статье ("Studien über die Wanderblöcke und die Diluvialgebilde Russlands" в "Mémoires" Академии Наук, сер. VII, т. XIV) описаны им явления, наблюдаемые преимущественно в Финляндии, Олонецкой, Новгородской и Тверской губ.
Укажем еще на чрезвычайно интересные сведения, изданные и разработанные им в 1839 г., о Хиве, Бухаре, Коканде и северо-западной части Китая ("Nachrichten über Chiva, Buchara, Chokand und den nordwestlichen Theil des chinesischen Staates" в "Beiträge zur Kenntniss Russlands und der angränzenden Länder Asiens" Бэра и Гельмерсена). Затем, не менее интересны и важны его геологические карты горных формаций Российской Империи: генеральная карта горных формаций (1841), общая карта золотых промыслов Восточной Сибири (1845), геологическая карта России и хребтов Уральского и Кавказского (1865), геологическая карта России на немецком языке (1873) и др., за составление первой из них Г. был удостоен в 1842 г. Демидовской премии. Производя специально геогностические исследования во всех концах России, Г. вместе с тем всегда являлся ревнителем чистой науки землеведения и во многом содействовал распространению географических познаний о посещенных им местностях. Кроме того, труды Г. приносили и важную практическую пользу, служа руководящей нитью при решении вопросов о многих предприятиях, как частных, так и государственных. Г. состоял действительным членом ученых обществ: Московского испытателей природы (1840), Вольно-Экономического (1843), Русского Географического (учредитель и действительный член 1845, почетный член 1860), Спб. Минералогического (1853, почетный член 1865), Дерптского естествоиспытателей (1854), любителей естествознания, антропологии и этнографии при Московском университете (1868) и Русского охранения народного здравия (1878), членом-корреспондентом Прибалтийского общества истории и древностей (1847), почетным членом обществ: фармацевтического (1855), Нарвского древностей (1864), Уральского любителей естествознания (1871), Русского Технического (1872), испытателей природы при Харьковском университете (1873) и Южно-русского горного (1877), почетным членом Харьковского (1858) и Киевского (1873) университетов, associé de la section russe de la société Royale des antiquaires du Nord à Copenhague (1843), членом-корреспондентом обществ: Лондонского королевского географического (1845), Венского географического (1857) и Шербургского естественных наук (1866), иностранным членом Лондонского геологического общества (1851), почетным членом des Vereins für Naturkunde in Herzogthum Nassau (1852), и обществ: Дрезденского für Natur und Heilkunde (1868), Герлицкого естествоиспытателей (1871) и Бельгийского геологического (1874), корреспондентом Венского геологического Reichsanstalt (1854). Из них необходимо остановиться на Имп. Рус. Геогр. Обществе, где Г. был неоднократно избираем в члены совета Об-ва, был управляющим отделением общей географии и председательствующим в отделении физической географии.
В память 50-летнего юбилея Г. учреждена премия его имени при Академии Наук, а сам Г. получил в день пятидесятилетия своей научной деятельности звезду Александра Невского.
Список ученых трудов Г. напечатан в "Обзоре жизни и трудов русских писателей, умерших в 1885 и 1886 гг." Д. Д. Языкова (вып. V, 28-- 38, вып. VI, 7). Составленная им библиотека перешла в собственность рижского книгопродавца Киммеля; каталог ее издан в 1889 г. в Петербурге (17 стр.).
"Горный Журнал", 1878, т. 2, 1885 г. No 3 (некролог); "Голос", 1878, No 113; "Нов. Время", 1885 г., No 3211; 1878, No 774; "Всемирн. Иллюстр.", 1878, No 25; 1885, No 9; "Нива", 1878, No 21; 1885, No 9; "Моск. Вед.", 1878, No 103; 1885, No73; "Извест. геологич. комитета", 1885, No 3; "Зап. Имп. Акад. Наук", 1879, т. 34, кн. 2; "Библиограф", 1885, No 3; "Еженедельн. Обозр.", 1885, No 62; "Екатеринбург. Неделя", 1885, No 6; "Моск. Листок", 1885, No 41; "Всеобщ. календарь" Гоппе на 1886 г.; "История Имп. Рус. Геогр. Об-ва"; "XI присужд. Демид. нагр.", 1842 г., стр. 83--102; "Отеч. Зап.", 1857 г., т. III, No 3; "Библ. для чтения", 1864, NoNo 10 и 11; "Книжн. Вестн.", 1864, No 13; "Записки Минералогич. об-ва", 2 сер., ч. XIV; "Зап. Имп. Рус. Геогр. Об-ва", кн. 3, отд. I, стр. 56--59; "Журн. Мин. Нар. Пр.", 1863, No 120, т. II, отд. 2; "Спб. Вед.", 1872, No 290; Барсуков, "Жизнь и труды Погодина", т. 7, стр. 370; "Русск. Старина", 1890 г., т. 65, стр. 602; т. 66, стр. 9--16; 1891 г., т. 71, стр. 101, 301; 1901 г., декабрь, 499; Брокгауз и Ефрон, Словарь, XV; Березин, Словарь; "Album academicum"; "Russ. Revue", 1878, No 4; "Zum fünfzigjährigen Jubiläum des Academicers Gregor von Helmersen. Академ. А. Кеппена, 1879, СПб."; Д. Лесенко, "Указ. статей Горн. журн. с 1870 по 1879", СПб., 1880, стр. 14, 16, 17, 21, 24; Д. Планер, "Указ. статей Горн. журн. с 1860 по 1869", СПб., 1871, стр. 36, 42--45, 174--175; Лоранский, "Горный Институт", СПб., 1873 г., стр. 157--158; Д. Д. Языков, "Обзор жизни и трудов русских писателей", V, 28 --38, VI, 7.