По пути в Астрахань экспедиция побывала на промыслах соленых озер Эльтон и Баскунчак. Затем на двух лодках исследователи поплыли вниз по Волге к Астрахани. Вдоль берегов Бэр осматривал «ватаги» — крупные рыболовецкие сообщества, где знакомился с их деятельностью и видами добываемой продукции. 12 августа члены экспедиции достигли Астрахани, откуда совершили ряд поездок для обследования артелей в дельте Волги. В сентябре Карл Максимович отправился через Каспий на пароходе «Ленкорань» в Ново-Петровскую крепость (ныне Форт Шевченко) на полуострове Мангышлак. Здесь он пробыл почти две недели. Причиной тому стал воспалительный процесс на ноге. Кстати, даже в таком состоянии ученый не оставил исследовательской работы: собирал на отмелях моллюсков, следил за размывающим действием морских волн, колебаниями уровня моря. Помогал ему в этом и комендант крепости, который периодически вырубал отметки на береговой скале, следя за уровнем воды. В свою очередь Шульц и Данилевский обследовали Тюленьи острова, изучив лежбища каспийских тюленей.
Возвратившись в Астрахань, Бэр продолжил объезд ватаг в дельте Волги и на взморье, вел учет выловленной рыбы по видам и количеству особей. Вскоре он совершил тысячеверстный путь на санях до Москвы и далее в Петербург, чтобы повидать семью и представить министру Киселеву свои предварительные соображения по упорядочению волжских рыбных промыслов.

1 марта 1854 г. Бэр вновь отправился в Астрахань вдоль берегов Волги, собирая сведения о подледном лове рыбы и убыли ее вследствие хищнической добычи. При объезде ватаг его особо заинтересовал ход каспийской сельди, которую называли «бешенка» за неистовое движение косяков вверх по реке. В то время она из-за нелепых предрассудков шла только на вытопку технического жира. Именно Бэру удалось ввести ее в пищевой обиход, написав о ее полезных качествах статьи для журналов и газет. В результате его стараний в 1855 г. было продано 10, а в 1857 г. 50 млн. штук по цене соответственно 5 и 10 руб. за тысячу, тогда как прежде она стоила 12 коп.

В сентябре 1854 г. Бэр снова побывал в форте Ново-Петровском, посетил и обследовал самый большой из островов Тюленьего архипелага — Кулалы, ознакомился с промыслом тюленей в других местах. Затем ученый добрался до города Гурьева в устье реки Урал и ознакомился с состоянием рыболовства. Вернувшись в Астрахань на небольшом пароходе, 13 октября он, несмотря на сильный ветер и высокую волну, все же прошел из устья Волги к острову Чечень (близ входа в залив, куда впадает Терек), где произвел замеры высоты местности, побывал в ватагах.
Той же осенью Бэр осмотрел соляные озера, расположенные в степи вдоль западной стороны волжской дельты. Он особо интересовался строением и расположением бугров, находившихся между водоемами. Эти параллельные, почти широтно вытянутые гряды, сложенные песками и глиняной крошкой, высотой до 45 м и шириной 200—300 м встречаются по всей Прикаспийской низменности между устьями Кумы и Эмбы (впоследствии их назвали Бэров-скими буграми).

Зиму Карл Максимович опять провел в столице, но уже 15 мая 1855 г. на пароходе вышел из Астрахани в Каспийское море. Посетив Дербент и Баку, он высадился на берег близ устья Куры, обследовав расположенные там артели.
В Баку Бэр получил возможность на пароходе обойти острова Каспийского моря, часть которых имеет грязевулканическое происхождение. Затем верхом члены экспедиции поехали в глубь страны. При осмотре окрестностей Баку «видели местами достопримечательности — богатые нефтяные источники, знаменитые вечные огни, извержение нефти из моря и затонувший караван-сарай».
Побывал Карл Максимович и на озере Севан в Армении, где для него был организован лов рыбы и беспозвоночных животных. Затем в декабре того же года по Военно-Грузинской дороге экспедиция прошла через Кавказский хребет. Впоследствии Бэр вспоминал: «Дорога была покрыта гладким льдом, а так как она в большей части имела наклон в сторону Терека, то экипаж мой во многих местах дороги начинал скользить к обрыву, угрожая опрокинуться в него. Пять сопровождавших меня осетин поддерживали экипаж, я же шел сзади пешком».

Из-за трудностей зимнего пути поездка от Тбилиси до Астрахани продолжалась более месяца. В конце пути экспедиции, чтобы попасть в город, пришлось пересечь Волгу. В дневнике Карл Максимович записал: «Я нанял четырех калмыков, чтобы переправить мои вещи в двух больших ручных санях. Сам я долго шел пешком. Нам пришлось сделать большой крюк, так как лед по прямому направлению был очень тонок и встречались даже полыньи. Мы поднялись далеко вверх по реке и там переправлялись. Но и здесь лед часто трещал, а у острова Песчаного прогнулся. Когда мы уже подъехали к противоположному берегу, человек с берега закричал, что здесь опасно и он пришлет нам лодку по прорубленному во льду фарватеру. Я переложил вещи в лодку».

В Астрахани Бэр заболел малярией в тяжелой форме, но несмотря на это годовой отчет по экспедиции был закончен и отправлен в Академию наук и Министерство государственных имуществ.
Весной 1856 г. Карл Максимович для прояснения истории Каспийского моря изучал долину реки Маныч, представлявшую собой цепь соляных озер. Всю широкую полосу между низовьями Кумы и Дона он назвал Манычской низменностью, существенно уточнив гидрографию данного района.
В августе того же года Бэр с астраханским губернатором совершил круговое плавание по Каспию, обследуя его берега: сначала северный и восточный, затем южный персидский и, наконец, западный, начав и завершив маршрут в Астрахани.
Болезни не оставляли Карла Максимовича, передвигался он с трудом, но продолжал работу и за это время написал статьи о Каспийском регионе. В одной из них он впервые изложил гипотезу о подмыве правого берега рек, текущих по меридиану, из-за действия инерционных сил при вращении земного шара вокруг оси (ставшая впоследствии географическим законом его имени).

В конце 1856 — начале 1857 гг., немного поправившись, Бэр вернулся к изучению рыболовецких артелей на северо-западном берегу Каспия. Однако в Астрахани у него возобновились приступы малярии. Но как только ему стало легче, он опять отправился осматривать волжские ватаги. Домой в Петербург Карл Максимович добрался лишь 14 марта 1857 г., через полтора месяца после отъезда из Астрахани.
Так закончилась Каспийская экспедиция, составившая эпоху в исследовании регионов России. Ведь помимо изучения природных, прежде всего географических, биологических и экологических условий, были выяснены и причины падения рыболовства, сформулированы предложения для его подъема.

...Отдавая дань памяти замечательному отечественному ученому Карлу Максимовичу Бэру, приведем слова хорошо знавшего его физиолога академика Ф.В. Овсянникова: «Бэр гениален, как ученый, но он и велик, как человек, по своему гуманному, и вместе с тем прямому характеру, по широкой любви к ближним и постоянной готовности к самопожертвованию. Он жил не для себя, не для своей семьи, он жил для науки, для отечества, для цивилизации. Он не был коренным русским, но редко приходилось встречать людей, которые так бы были преданы России и ее интересам, как он».