Через Семипалатинск и Омск Семенов в конце ноября 1857 года вернулся в Петербург.
Тяньшанское путешествие П. П. Семенова было чрезвычайно плодотворным. Петр Петрович был первым ученым-путешественником, проникшим в Тянь-шань.
Он заложил основы географического познания этой горной системы, доказав, что, вопреки мнению Гумбольдта, в Тянь-шане нет проявлений недавнего вулканизма; описал бассейн Иссык-куля, причем обнаружил, что река Чу вовсе не вытекает из этого озера; открыл много новых видов растений и животных.
Петр Петрович был не только замечательным географом, первым исследователем Тянь-шаня и многолетним главою Географического общества, — велики заслуги его и в деле служения общественности, а также в области искусства. Он принимал деятельное участие в крестьянской реформе, поставил на большую высоту государственную статистику в России. Он собрал громадную коллекцию картин голландской живописи (она ныне хранится в Эрмитаже) и напечатал солидные труды по истории искусства. Петр Петрович был одновременно почетным членом Академии наук и Академии художеств, а также почетным членом Географического общества, почти всех русских университетов и множества других учреждений.
В 1928 году, в ознаменование столетия со дня рождения Петра Петровича, Совет Народных Комиссаров СССР постановил укрепить памятную доску на доме в Ленинграде, где жил знаменитый путешественник. В Географическом обществе учреждена золотая медаль имени П. П. Семенова-Тян-Шанского, выдаваемая за исследования азиатских стран.
Что касается личных свойств Петра Петровича, то он обладал завидной способностью привлекать к себе людей. Его острый ум, наблюдательность, способности организатора, в связи с добротой, благожелательным отношением к окружающим, его кипучая энергия, преданность науке и Родине, вообще высокие моральные качества делали Петра Петровича поистине обаятельным человеком.
В качестве главы Географического общества он был вдохновителем большинства наших крупных экспедиций.
Только благодаря энергии и содействию П. П. Семенова могли осуществиться экспедиции, прославившие русское имя во всем мире: мы имеем в виду путешествия Пржевальского, Северцова, Миклухо-Маклая, Певцова, Потанина, Роборовского, Козлова, Богдановича, Обручева, Грум-Гржимайло, Комарова и многих других.