第一条路线
1868年 11～12月间，主要地区是杭州、苏州、无锡、镇江、南京等地，尤以舟山群岛考察最详。
第二条路线
从 1869年 1月，再次赴南京、镇江，转入湖北(武汉及汉口)。
第三条路线
从 1869年 3月开始，相继有半年时间，主要考察山东郯城、临沂、泰安、济南、章丘、博山、潍坊、芝罘。
1877年，他曾专门提交报告《山东地理环境和矿产资源》，文中强调青岛之优越的地理位置，并渲染胶州湾良港之说。后渡海到达辽东半岛，包括瓦房店、盖平、熊岳;后进入大孤山，到达本溪、沈阳;经山海关，又考察开平、滦县、丰润、玉田及一些煤田;经通州再度进入北京及其西山附近，进行地质调查与研究，把北京南口出露的古老地层命名为震旦系。在北京休整后，返回上海。
第四条路线
从 1869年 9月开始，主要是在江西(九江、景德镇附近)，转到安徽屯溪，后乘船经新安江、钱塘江到杭州返回上海。
第五条路线
从 1869年末到 1870年初，从上海直达香港，进入广州经北江到湖南宜樟、郴州，乘船沿湘江、洞庭湖入长江到汉口转入河南洛阳、晋城到山西太原、阳泉到河北正定到达北京，从天津返回上海，重点考察了山西、陕西煤矿资源。在这次考察中，大约在 1870年，李氏从北京发出的信中大肆渲染了“中国是世界上第一石炭大国!”“山西一省的煤可供全世界几千年的消费!”并绘制成中国的第一张《中国煤炭分布图》。
1870年德国地理学家李希霍芬到洛阳，考察了南关的丝绸、棉花市场，参观了山陕会馆和关帝庙，在《关于河南及陕西的报告》等著作中，首次提出从洛阳到撒马尔罕(今属乌兹别克斯坦)有一条古老的商路，将其命名为“丝绸之路”。
第六条路线
1871年 6～8月间，先从上海到宁波，进天台山到金华、桐庐等县，经兮水县进入天目山，越过千秋关，到安徽的宁国、泾县，到达芜湖，乘船再到镇江，在此往返南京、镇江数次，进行较细致的地质考察和测量。
第七条路线
从 1871年 9月至 1872年 5月，是他七条路线考察中时间最长的一次。从上海乘海轮至天津到北京，再次对西山斋堂等地进行考察，经鸡鸣山、宣化到张家口，转至大同、五台山考察，发现“五台绿泥片岩”。到太原沿汾河河谷南下至潼关，入陕西经西安到宝鸡。据有关文献记载：河西走廊南缘山脉，曾以李希霍芬命名，如“ RichthofenRange”，即今祁连山脉。李希霍芬此后转向褒城，入沔县，越五丁山后入四川广元、梓潼经绵阳抵达成都。李希霍芬在《四川记》中盛赞成都是中国最大城市之一，也是最秀丽雅致的城市，还感叹都江堰灌溉方法完善，在世界上无与伦比。随后，他转入嘉定(乐山)，经岷江，顺长江返抵上海，途中对三峡地区考察甚详，“收获”最大。
李希霍芬在七条路线的考察中，记录了大量野外地质资料，搜集和采集了大量的化石、岩矿标本;绘制了考察地区的地形图、素描图、地质图和地层剖面图等。考察的间歇，他及时撰成报告，把所观测到的景象，按承诺向外商会报告。外商会在 1903年将李氏的“报告”汇集成两大卷册，取名《李希霍芬中国旅行报告书》。
1872年，李希霍芬返回德国，受到威廉一世的嘉奖和赏识，学术和社会地位青云直上，一时名跃全球。