Das Ziel der Expedition war wissenschaftlich: archeologisch, aber auch geographisch, etnographisch, sprachwissenschaftlich, geschichts- und naturwisschenschaftlich.

Nach der Meinung des Generalstabes von Russland war es wegen der damaligen Politik Chinas äusserst wichtig, die Lage des Himmlischen Reiches aufzuklären, besonders auf dem Grenzgebiet. Die Armee wurde in dem westlichen China nach japanischem Muster neuorganisiert, damit das Gebiet von den Chinesen kolonialisiert und mit dem eigentlichen China eng verbunden werden könnte. Auch die Interessen Englands wurden auf dem Gebiet aktiv kontrolliert, und Dalai lama hatte aus Tibet vor den englischen Besatzern nach Ostturkestanien fliehen müssen. Mit der Zustimmung des Ministeriums für auswärtige Angelegenheiten und des Kriegsministers wurde beschlossen, die Expedition von Pelliot auszunutzen, und die Bewilligung der französischen Regierung einzuholen, in die Expedition einen russischen Offizier als "Zivil" aufzunehmen. Er sollte mit den Mitteln, die für die ethnographische und naturwissenschaftliche Forschung eignen, ausgerüstet werden. Nach einem getrennten Programm sollte er in China militärische Informationen über die westlichen und nördlichen Grenzprovinzen, Armee- und Regierungsreformen sowie über die militärpolitische Lage und über die Marschrouten aus Russland in die Richtung nach Lanzhou und Peking sammeln.

Der Generalstabschef Palitsyn wählte für die Expedition zum Vertreter Russlands den Oberst Gustaf Mannerheim. Die Begründungen lauteten, dass er mit China gut vertraut war, dass Pelliot ihn kannte oder wenigstens über ihn wusste, dass er mehrere fremde Sprachen beherrschte, von Geburt Finne war (und konnte so den finnischen, nicht den russischen Pass benutzen) und entsprach vollständig den Forderungen dieser Aufgabe. Über die Reise wurde endgültig im März des Jahres 1906 entschieden.

Pelliot stimmte gern der Aufnahme des Offiziers der russischen Armee in die Expedition zu, aber er setzte ausser der Einwilligung der französischen Regierung voraus, dass der betreffende Offizier in allen Fragen bezüglich der Route und Verwaltung der Expedition ihm untergesetzt sei. Die Ausfnahme sollte so organisiert werden, dass sie kein Bedenken und Missgunst in den chinesischen Behörden erregen würde. Pelliot bat um Unterstützung und Zuschuss für seine Expedition; als Gegenleistung versprach er nach der Beendigung der Reise die eventuell interessanten Beobachtungen und Resultate den Russen zur Verfügung zu stellen.

Mannerheim reiste mit den Französen aus Tashkent nach Kashgar, vom Juli bis Oktober im Jahr 1906. Zur Expedition gehörten auch der Oberstabsarzt des 2. Ranges in der Kolonnialarmee Louis Vaillant und Photograph Charles Nouette. In die Karawane wurde lokale Bevölkerung aus Turkestan aufgenommen. Die Beziehungen zwischen Pelliot und Mannerheim spannten sich zum äussersten in den ökonomischen und befehlsrechtlichen Fragen, die in den Vorbedingungen eingetragen waren. Nach Mannerheims Ansicht war Pelliot geizig und hielt streng an seine Würde als Leiter der Expedition. Mannerheim beriet sich von seinem untergeordneten Verhältnis ab und bildete gleich nach der Ankuft in China eine eigene Expedition.

Während der Reise machte sich Mannerheim gemäss seiner Aufgabe mit der militärischen Lage Chinas bekannt, er führte ständig Tagebuch, photographierte und zeichnete Kartenskizzen. Die Behörden waren mit ihren Informationen sehr freigiebig. Mannerheim ordnete in dem russischen Botschaft von Peking im Herbst des Jahres 1908 einen Monat lang seine Aufzeichnungen, und nach seinem Rückkehr schrieb er einen umfangreichen Bericht über seine Reise, den er auch dem Kaiser vorstellen dürfte. Das Grundidee bestand in der Eroberung der Provinzen von Sinkiang und Gansu und in dem Abbrechen von China in der Mitte. Der Bericht wurde im Jahr 1909 für den Dienstgebrauch der russischen Armee gedruckt.