從50年代末中國科學院新疆綜合科學考察隊進入羅布泊後，整整20年再沒有科技人員（不包括從事核試驗的科技人員）進入過羅布泊。20年間，羅布泊地區環境發生了很大變化，其中最大的一個變化就是羅布泊的幹涸。此外，彭加木還風聞在羅布泊地區存在天然重水，作為一個生化學家，他深知重水在科學上，特別是國防科學上的重大意義。此時，羅布泊地區的地上核試驗己基本結束，經過特別的批準，進入羅布泊是可以辦到的。通過努力，他獲得了批準，同時新疆軍區還承諾廣以後勤和通訊的支持，這使他信心大增。1979年冬，他率一支由地理學家和曆史學家組成的小隊伍進行了初步探查，到了樓蘭遺址。回到烏魯木齊市就開始考察隊伍的組建，新疆分院的三個研究所——生土所、地理所、化學所，對考察工作都十分支持，抽調了業務骨幹參加，考察的籌備工作十分順利。
問題就發生在第一次考察中。
首先，考察時間的選擇十分不適宜。五六月，正值羅布泊地區的風季，氣溫也劇烈上升。在一個極端幹燥地區，高溫意味著什麼是不言而喻的。彭加木以及後來的餘純順，都殉難於6月17日，這一偶然的巧合說明一個必然的事實月是羅布泊地區考察的不宜季節。
其次，是隊伍組成的缺陷。應美國方麵的邀請，中國科學院新疆分院組織了一個代表團赴美訪問，羅布泊考察隊副隊長、野外考察經驗豐富的地理學家夏訓誠也是赴美代表團成員之一。缺少地理學家的參加，在一個環境極其艱險的無人區考察，具有很大冒險性。當歸國的夏訓誠在返烏魯木齊的火車上聽到彭加木遇難的報道後，說出來的第一句話就是：我回來遲了！
1980年5月中旬，分為兩個分隊考察的羅布泊考察隊完成預定的考察計劃，預定在米蘭會合。此時，彭加木突發探訪古絲路的念頭，堅持率他所在的小分隊通過紅柳溝進入絲路南道。由於臨時變更路線，所帶的油料和水都即將耗盡，通過電台向大本營求援，被指示原地待援。然而，彭加木自己又采取了一個有重大失誤的行動，希望通過自身努力擺脫困境。大約是為了彌補他做出的東行決策的失誤.。這次，他沒有告訴任何人，留下一張紙條就出發了，這一行動犯了在無人區考察的大忌，即脫離隊伍單獨行動。作為一個生化學家，他缺少在無顯著地物標誌的荒漠區考察的常識，而且，手持的是30年代由蘇聯協助繪製的地圖，所謂“井”的標誌不足以信，按圖找水必然落空。但是這一切，他並不明白。待考察隊員們發現彭加
木留下的紙條時，大錯己經鑄成。
由於生理的原因和人雙腿骨骼長短的差異，在無地物標誌地區，人的行走具有很大偏差，常做圓周式活動，在森林中迷路常走回原地，就是這個原因。然而不幸的是，彭加木卻沒有轉回來，倒在了不知什麼地方。
彭加木失蹤後，在中央領導的親自指示下，進行了大規模的尋找救援工作，動用了大量人力、物力。尋找隊伍進行了地毯式搜尋，甚至還從上海調來警犬.但是尋找沒有結果。以失蹤地區的廣闊、地形之複雜，300米一線的搜索，漏洞很多。在幾乎絕對幹燥的條件下，靈敏的警犬也失去了嗅覺能力，地麵滾燙的高溫使警犬兒乎無法行走，隻能換足跳躍。
尋找的無果，為流言的泛濫創造了條件，更增添了彭加木失蹤的祌秘性。有人稱他出現在X國，自然是所謂“梅花黨”黨魁的作為；有人稱外星人劫走了他，也許是不忍看他在地球上再受“折磨”；更有所謂彭加木藏進了羅布泊的“地下王國”的說法。一個外地的“算命大師”還給新疆分院寄來十四字“真言”：“他在之處無人找，你找之處他不在。”令人啼笑皆非。種種流言，除極少數別有用心的編造外，多是出自一個善良的願望，即不相信彭加木遇
難的事實，期待著他又一次歸來。
彭加木的失蹤遇難，是新疆、乃至中國科學事業的一個巨大損失。在危難時刻，他挺身而出去為同事們尋找生命之水，不論這一決定多麼莽撞，但是跨出這一步，是以自己的生命為代價的。因此他的精神勉勵了羅布泊考察隊全體隊員。同誌們以出色完成彭加木未竟事業的實際行動，撫慰了長眠在“沙泉”（彭加木失蹤地“庫木庫都克”，即“沙泉子”之意）之下的彭加木。在繼任隊長、地理學家夏訓誠硏究員的領導下，羅布泊綜合考察取得了舉世矚目的成就。在1982年舉行的“羅布泊科學討論會”和1985年舉行的“幹旱地區資源幵發和利用國際學術討論會”上，羅布泊考察成果受到國內外知名學者的高度評價。羅布泊地區的神秘麵目從此敞幵在世人麵前。
從1980年5月至1981年6月，羅布泊綜合考察隊先後三次進羅布泊地區，考察麵積2萬多平方公裏，考察行程5000多公裏。直接參加考察的科硏人員有30多人，成為羅布泊考察史上規模最大、時間最長、範圍最廣、科學內容最豐富的一次科考行動。這次考察，對羅布窪地的形成演變、地貌成因和特征、環境和氣候變化、鹽殼形成和積鹽規律、動植物區係特征、自然資源及其幵發利用等科學問題，提出了看法和見解。這些科學問題，解幵了羅布泊地區自然、社會、人文從古至今的許多神奇之謎。