Работа над вопросами иммунитета растений к грибным заболеваниям прежде всего показала Н. И. Вавилову, насколько важно изучить все мировое разнообразие культурных растений для выделения из него и выведения иммунных сортов сельскохозяйственных культур, а также привела к пониманию необходимости широкого и всестороннего (комплексного) исследования растений. Все это вызвало интерес к сбору все большего и большего числа растений и к их ботанической дифференциации, к внутривидовой систематике.
В 1916 году Николай Иванович исследует караванным путем горные районы Туркестана (ныне Рошанский и Шугнанский Таджикской ССР и Фергана Узбекской ССР), северный Иран, включая Керманшах, Хамадан, Тегеранский район и Хоросан, затем Памир.
Из растений, собранных Н. И. Вавиловым в этих районах, представляет интерес голозерный шестирядный ячмень, отличающийся скороспелостью и более быстрым развитием в начале вегетационного периода. Его здесь возделывают нередко в смеси с горохом, чиной и бобами.
Не менее интересными являются и оригинальные мягкие и карликовые пшеницы, легко обмолачивающиеся, с негрубым колосом. Среди этих пшениц были найдены в Шугнане безлигульные формы (без язычка у основания листа). Вообще ученый обнаружил здесь большое разнообразие форм культурных растений, что его очень заинтересовало.
При изучении ржи оказалось, что главное богатство ее форм сосредоточено именно в этих странах, а не в Европе, где рожь является одной из распространенных хлебных культур. В Иране, на Памире и в горном Таджикистане рожь встречается в виде сорняка в посевах, главным образом пшеницы (мягкой и карликовой). В этих местах культуры ржи не знают. На иранском, таджикском и арабском языках название «рожь» в буквальном переводе означает: «растение, терзающее (засоряющее) пшеницу или ячмень».
При изучении географического распространения сортового разнообразия ржи Н. И. Вавилову удалось найти первичный очаг формообразования ржи в Юго-Западной Азии и выяснить ее происхождение. Впоследствии экспедиция в Афганистан это подтвердила.
В Иране и на Памире, а также в горных районах Ферганы и Таджикистана Н. И. Вавиловым было собрано около 800 образцов одной только мягкой пшеницы. В этих районах посевы пшеницы обычно представляли смесь не только различных разновидностей, но и различных ее видов. Пшеницы, высеваемые здесь, никогда не подвергались планомерной селекции. Это было исключительно важно для Н. И. Вавилова, так как в этом разнообразии можно было обнаружить много совершенно новых форм мягкой пшеницы с неизвестными до сих пор и, возможно, ценными признаками.
В течение 1915 и начале 1916 года Н. И. Вавилов сдал экзамены на магистра, и его подготовка к профессорской деятельности при кафедре Д. Н. Прянишникова была закончена.