6月11日，在米兰短暂休息五六天后，考察队一行从米兰出发，准备沿古丝绸之路南线再次横穿罗布泊，然后取道敦煌去乌鲁木齐。
6月16日傍晚他们艰难的来到罗布泊东岸。
此时，科考队从米兰农场补充的汽油一路已经消耗殆尽，带的水也只剩下可怜的十几公斤，而且装在高温下的铁桶里，几天过去，水已经变质，颜色和酱油一般，散发出臭臭的铁锈味，根本没法饮用。
见此情况彭加木先生派其他一些人先出去找水，可大家苦苦寻觅了多处地点，完全看不到水的迹象。这时大家才悲哀的发现：科考队驻地附近没有水。
严重缺油、缺水、缺食物，队员们疲惫不堪、弹尽粮绝，此时陷入了绝境。
在这生死关头，大家开会商量，一致要求给驻地部队发出求救信号。当晚9点多，彭加木亲自起草了一份电报发向马兰基地前沿指挥部。告知指挥部他们的位置，以及剩余的水量和油量，并说明：目前的水量和油量已经完全不够支撑我们接下来的行进了。随后，又告知他们捕获了一只野骆驼，可以用来短暂的补充一下水分。
6月17日早上部队回电通知科考队，同意了他们的请求，并要求他们原地等待救援。在确定科考队位置后，部队决定派直升机先送一部分水过去。
得到回电后，彭加木却犯嘀咕了！考虑再三，他召集队员们到帐篷里开会，他说，直升机送水代价实在太高，一斤水要耗费十几块钱，500斤水就要7000元。不要轻易给部队找麻烦，此次科考已经给他们添了负担，能自己解决的尽量自己解决。为了给国家节省这笔不菲的经费，大家开车出去找水。
可这时队员们却提出了不同的意见：既然组织已经同意了给我们送水，而我们现在也捕获了一只野骆驼，可以得到暂时的补充，那我们完全没有必要再开车去找水啊！并且，在这种恶劣的环境下，冒险开车去找水，不仅会浪费汽油，而且危险性也很大。
因此，队员们的意见是不同意开车去寻找水源。因此，彭加木和队员们发生了激烈的争执。
和队员产生矛盾，彭加木决定自己亲自去找，他自信一定能找到。
在沉闷的气氛中，彭加木离开帐篷，来到越野车里，他打开自带的军用地图，通过查看地图，他发现距离此地的不远处有着曾经打过的水井名称的标识，并且，不远处就是古河道！按照地图上所示来看，附近是肯定会有水源的！
心情同样沉重的队员们有的在帐篷里打扑克，有的在睡觉，等着部队送水过来。
接近中午，部队发来电报，说给他们送水的时间是18日，让他们呆在原地不动。副队长汪文先拿着电报高兴的去报告彭加木，结果没找到，以为他在沙包后面方便，就回到帐篷。
过了半小时，司机王万轩去越野车里拿衣服，看到了那张军用地图，在地图旁边发现了一张纸，纸上面用铅笔清晰的写着几个字：
“我往东去找水井彭 17/6 10:30”
彭加木临走时，带有装两公斤水的水壶，一袋饼干，一架照相机，还有毛衣和自卫用的匕首等野外工具。以彭加木的经验和意志，是有可能在两天内走出那一带45公里的戈壁沙漠，到达有水草的疏勒河故道的。
下午4时，还不见彭加木回来，科考队员开始着急了，他们开着越野车往东搜寻。走了一公里多，发现了一行脚印，科考队员认定这就是彭加木的脚印，于是继续沿着脚印搜寻。在行驶了6公里左右的沙包上，依然清晰地看见彭加木的脚印，至此再也没有发现任何踪迹。科考队员又往东开了十几公里，天渐渐黑了下来，队员只得返回库木库都克宿营地。
当天夜里10点，科考队员在附近的沙丘上，用红柳枯枝点起两堆火，每隔一小时打三发信号弹，信号弹可以打100米高，周围15公里范围内可以看到。司机王万轩还把越野车开上沙丘，朝东方向开亮大灯，他们期望彭加木看到火光、信号弹、汽车灯光，会朝着宿营地方向走来。然而到了凌晨2点，仍不见彭加木回来，科考队不得不把“彭副院长17日10时一人外出未回”这一重要情况告知驻军部队，并请驻军部队转告中科院新疆分院。
6月18日，部队送来500公斤水，寻找1个小时，没有发现彭加木身影。
6月19日，部队再送来三桶油，和队员们一起再次对彭加木进行搜救，这次在东北方向十公里外的一个芦苇包上科考队员马仁文终于有了重大发现：芦苇包上有人坐过的痕迹，坐印很清楚，旁边的脚印与昨天发现的相同，都是彭加木穿的42号翻毛皮鞋的脚印。他还发现一张椰子奶油糖的糖纸夹在芦苇秆儿上，这奶油糖是彭加木在米兰农场休整时买的。他们沿着脚印继续找了十几公里。脚印从沙地延伸到盐壳地消失了。
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