第一條路線
1868年 11～12月間，主要地區是杭州、蘇州、無錫、鎮江、南京等地，尤以舟山羣島考察最詳。
第二條路線
從 1869年 1月，再次赴南京、鎮江，轉入湖北(武漢及漢口)。
第三條路線
從 1869年 3月開始，相繼有半年時間，主要考察山東郯城、臨沂、泰安、濟南、章丘、博山、濰坊、芝罘。
1877年，他曾專門提交報告《山東地理環境和礦產資源》，文中強調青島之優越的地理位置，並渲染膠州灣良港之說。後渡海到達遼東半島，包括瓦房店、蓋平、熊嶽;後進入大孤山，到達本溪、瀋陽;經山海關，又考察開平、灤縣、豐潤、玉田及一些煤田;經通州再度進入北京及其西山附近，進行地質調查與研究，把北京南口出露的古老地層命名爲震旦系。在北京休整後，返回上海。
第四條路線
從 1869年 9月開始，主要是在江西(九江、景德鎮附近)，轉到安徽屯溪，後乘船經新安江、錢塘江到杭州返回上海。
第五條路線
從 1869年末到 1870年初，從上海直達香港，進入廣州經北江到湖南宜樟、郴州，乘船沿湘江、洞庭湖入長江到漢口轉入河南洛陽、晉城到山西太原、陽泉到河北正定到達北京，從天津返回上海，重點考察了山西、陝西煤礦資源。在這次考察中，大約在 1870年，李氏從北京發出的信中大肆渲染了“中國是世界上第一石炭大國!”“山西一省的煤可供全世界幾千年的消費!”並繪製成中國的第一張《中國煤炭分佈圖》。
1870年德國地理學家李希霍芬到洛陽，考察了南關的絲綢、棉花市場，參觀了山陝會館和關帝廟，在《關於河南及陝西的報告》等著作中，首次提出從洛陽到撒馬爾罕(今屬烏茲別克斯坦)有一條古老的商路，將其命名爲“絲綢之路”。
第六條路線
1871年 6～8月間，先從上海到寧波，進天台山到金華、桐廬等縣，經兮水縣進入天目山，越過千秋關，到安徽的寧國、涇縣，到達蕪湖，乘船再到鎮江，在此往返南京、鎮江數次，進行較細緻的地質考察和測量。
第七條路線
從 1871年 9月至 1872年 5月，是他七條路線考察中時間最長的一次。從上海乘海輪至天津到北京，再次對西山齋堂等地進行考察，經雞鳴山、宣化到張家口，轉至大同、五臺山考察，發現“五臺綠泥片岩”。到太原沿汾河河谷南下至潼關，入陝西經西安到寶雞。據有關文獻記載：河西走廊南緣山脈，曾以李希霍芬命名，如“ RichthofenRange”，即今祁連山脈。李希霍芬此後轉向褒城，入沔縣，越五丁山後入四川廣元、梓潼經綿陽抵達成都。李希霍芬在《四川記》中盛讚成都是中國最大城市之一，也是最秀麗雅緻的城市，還感嘆都江堰灌溉方法完善，在世界上無與倫比。隨後，他轉入嘉定(樂山)，經岷江，順長江返抵上海，途中對三峽地區考察甚詳，“收穫”最大。
李希霍芬在七條路線的考察中，記錄了大量野外地質資料，蒐集和採集了大量的化石、巖礦標本;繪製了考察地區的地形圖、素描圖、地質圖和地層剖面圖等。考察的間歇，他及時撰成報告，把所觀測到的景象，按承諾向外商會報告。外商會在 1903年將李氏的“報告”彙集成兩大卷冊，取名《李希霍芬中國旅行報告書》。
1872年，李希霍芬返回德國，受到威廉一世的嘉獎和賞識，學術和社會地位青雲直上，一時名躍全球。
