天启三年（1623年） 北上河南，先后游览了中岳嵩山、西岳华山，随后南下再游湖北武当山。此行对中原地区的地理风貌进行了系统考察。

崇祯元年（1628年） 第三次入闽，并首次入粤。 经浙江、福建，考察了罗浮山，最远抵达广东广州。

崇祯二年（1629年） 北上京师及盘山。 为核查旧闻，再次北上京师，并游览京东第一山——盘山。

崇祯五年（1632年） 再游天台、雁荡。 与友人黄道周同游，对天台、雁荡进行了更为深入的考察。

崇祯六年（1633年） 北上山西五台山和恒山。 这是他北方游历的最后一站。在《游恒山日记》中，他详细记录了恒山的地势地貌和登山路径。

第三阶段：“西南万里征”——最后的壮游（1636-1640）

崇祯九年（1636年） 50岁，开启人生中最后一次，也是时间最长、历程最艰险的远征。 此行旨在考察中国西南的喀斯特地貌和长江源流。同行者有静闻和尚和仆人顾行。从江阴出发，经浙江、江西。

崇祯十年（1637年） 深入湖南、广西。

在湖南，同伴静闻和尚于湘江遇盗受伤后病逝，徐霞客背负其骨灰，履行将其送往云南鸡足山安葬的诺言。

在广西，他进行了长达数月的详细考察，探访了桂林、阳朔的漓江山水，深入考察了七星岩、伏波岩等上百个喀斯特溶洞，对其形态、结构进行了世界地质史上开创性的科学描述。