Amikor Prinz Berlinben közli Richtofennel, hogy Ázsia legjobb ismerője kíván lenni, még talán egyikőjük sem sejti, hogy valóban az egyik legjobb ismerője lesz, hiszen a későbbiekben sikerrel ötvözi a terepbejárás és az irodalmi-elméleti kutatások eredményeit – a nemzetközi földrajzi és geológiai irodalom máig számontartja ázsiai kutatásait.

Bécsben Eduard Suess geológustól elsőként hallja az ún. „köztes tömeg” problémáját (bár mindenki neki tulajdonítja a Tisia-elméletet, Prinz hangsúlyozza, hogy ő csak nevet adott ennek, így nem egyéb, mint a köztes tömeg problematikájának átgondolása).

1906-ban a budapesti egyetem Földrajzi és Őslénytani Intézetének paleontológus tanársegédeként hívják meg Almásy György Közép-Ázsia expedíciójába, ahova Herbert Acher is elkíséri őket. (Itt fontos megjegyezni, hogy a jogi doktor Almásy – akit autodidaktaként az utazás során főleg az állattani és néprajzi gyűjtés érdekel – és a tudós geológus-geomorfológus Prinz Gyula útjai fél év után elválnak.) Prinz mindenesetre megfigyeléseivel olyan értékes adatokat közöl, amelyek eddig elkerülték az orosz katonai térképészek figyelmét. Első útja alkalmával Andizsán felől kel át a Fergána-hegységen, és kutatásokat végez a Narin medencéjében. A nyár folyamán áthalad a Terszkej-Alataun, és az Isszik-kul környékét tanulmányozza. Ősszel bejárja a Borkoldaj-hegységet, a Karaszai- és a Kogelcsob-fennsíkot. Számos természetföldrajzi probléma megoldására jön rá: tisztázza a bejárt terület folyóinak eredetét és vízgyűjtő területeik kiterjedését. Prinzet a Tien-san érdekli; nagyjából ekkor és ezért válik el Almásytól is, majd megkezdi a hegység középső és déli részének feltárását. Az első út másik nagy eredménye a Száridzsász folyó áttörésének felkutatása, amelynek szűk szurdoka nyáron a gleccserek olvadékvizének áradata miatt teljesen megközelíthetetlen. Prinz Gyula eltökéltségét – és nem utolsósorban bátorságát – jellemzi, hogy itt elválik karavánjától, és egyetlen vezetővel, farkascsordák üvöltésétől kísérve, sok veszéllyel és szinte legyőzhetetlen akadályokkal dacolva indul tovább, amelynek eredménye a terület első (egyben tudományos igényű) leírása és feltérképezése – és ezzel kivívja magának a szakma elismerését is. A Dzsitim-tau hegylánc egyik 6000 méter fölé magasodó csúcsát térképező munkája során mesteréről Lóczy-csúcsnak nevezte el. Az út során pótolhatatlan veszteség éri: fényképezőgépe a Káinbulak-patakba esik, de az illusztráció sajátos megoldását választja: kitűnő rajzaival szemlélteti jegyzeteit.

A második Belső-Ázsia expedíció 1909. április 2-án indul el hazánkból, és végcélja a Tarim-medence kietlen sivatagja. Ekkor Kasgarban rendezkedik be: innen járja be a Pamir vidékét, és megállapítja a hegyvidék szerkezetének legjellemzőbb vonásait, valamint rájön, hogy az a harmadidiőszakban 2000 méterrel magasabb volt, mint napjainkban. A Dzsitim-tautól délre gyönyörű fekvésű, addig ismeretlen tavat fedez fel, amelynek felesége után a Lily-tó nevet adja. Innen hóviharokkal küzdve a belső-ázsiai hegyláncok nagy magasságán áttörve hatol át a Kogart-hágón, és útközben az ismeretlen csúcsok egyik leghatalmasabbikját Cholnoky-csúcsnak nevezi el. Második útja is osztatlan elismerésre talál a tudományos körökben, hiszen az előbbiekben felsorolt felfedezéseken túl Prinz hoz először részletes térképet Belső-Ázsia pleisztocén eljegesedésének nyomairól. De a néprajztudomány is sokat köszönhet Prinz Gyulának. A nomád életmódról, viseletről, temetkezési szokásokról szóló leírásai máig páratlan értékűek.
Cholnoky Jenő így emlékezik Prinz tien-sani útjáról: „Senki részletesebben be nem járta a Koktán-tau és a Bolortag láncokat, meg a Száridzsász folyó eddig soha nem járt szurdokát.”

1912 és 1918 között, amikor a fővárosban a polgári iskolai tanárképző főiskola földrajzi tanszékén tanít, megírja első Magyarország földrajzát is (ilyen monográfiát egyébként összesen négyet ír 1912 és 1942 között, igen jelentős különbségekkel). 1934-től a Magyar Tudományos Akadémia levelező tagja. Megjelenik a legterjedelmesebb Magyarország földrajza három kötetben. A negyvenes években hitet kellene tennie a német földrajz mellett, de A magyar emberföldrajz 40 éve c. művében megírja: „a magyar emberföldrajznak az önállósága, és nem a német hatás a meghatározója”.