Anschließend arbeitete Muschketow im "Geolkom" (Geologisches Komitee des Allrussischen Geologischen Instituts). 1907–1916 nahm er zusammen mit Dmitri Wassiljewitsch Naliwkin an der Expedition in das Ferghanatal unter Führung Wladimir Iwanowitsch Wernadskis teil. Muschketow leitete nicht nur die Feldarbeiten vor Ort, sondern führte auch Arbeiten zur Tektonik und allgemeinen Geologie durch. Mit der Expedition kooperierten die Geologen Lew Stanislawowitsch Kolowrat-Tscherwinski, Wladimir Iwanowitsch Lutschizki und Boris Alexandrowitsch Lindener. Mit den Ergebnissen wurde eine geologische und petrographische Karte der Region erstellt. 1915 wurde Muschketow zum Professor und Adjunkt-Geologen ernannt. Außer in Zentralasien führte Muschketow Untersuchungen in Ostsibirien, Jakutien, Fernost, im Donbas und im Kaukasus durch. In Süditalien untersuchte er das Erdbeben von Messina 1908. Seine Interessenschwerpunkte waren die Stratigraphie, Geomorphologie, Paläontologie, Gletscher und Bodenschätze.