После окончания 3-го курса Марков участвовал в работе Хорезмской археолого-этнографической экспедиции под руководством профессора С. П. Толстова. Первый полевой сезон начинающего этнографа на всю жизнь связал его научную судьбу с историей и этнологией народов Центральной Азии, и в особенности туркмен. Свои исследования этнографический отряд экспедиции проводил в Дарганатинском и Куня-Ургенчском районах Чарджоусской области. Здесь существенно расширились представления молодого ученого о туркменской этнографии и истории северных туркменов-йомудов.
Экспедиционный отчет, представленный Марковым по окончании первого полевого сезона, был настолько профессионален, что С. П. Толстов и на следующий год привлек талантливого студента к археологическим раскопкам, а в 1949 г. назначил его руководителем этнографического отряда Хорезмской экспедиции, развернувшего исследования на правобережье Аму-Дарьи, в Туртукульском и Бирунийском районах, среди туркмен-ата и арбачи. Именно тогда, в далеком 1949 г. у Г. Е. Маркова появились преданные соратники среди туркмен, с которыми его связала многолетняя дружба.
А затем было еще более 30 полевых сезонов в Средней Азии (главным образом в Туркмении), участие в экспедициях в Западной и Восточной Сибири, на Украине и на Алтае. Полевая работа составила весомую часть жизни ученого: «Я всю сознательную жизнь после армии провел в экспедициях, куда я выезжал каждый год». Он считал поле неотъемлемой частью научной деятельности, а эмпирический материал обязательным фундаментом теоретических обобщений: «…литература дает субъективное мнение того человека, который пишет. А я хочу сам увидеть, сам услышать, сопоставить, провести сравнительные исследования и только тогда поверить в то, что я увидел и услышал» (Интервью… С. 26).
Г. Е. Марков стал единственным за всю историю кафедры этнографии обладателем стипендии имени Н. Н. Миклухо-Маклая, которая была ему присвоена за успехи в учебе и студенческой научной работе. После окончания в 1951 г. университета поступил в аспирантуру. Тема кандидатской диссертации Маркова логически вытекала из всех предшествовавших его исследований и была посвящена истории и этнографии северных туркмен. В аспирантуре Геннадий Евгеньевич опубликовал свою первую научную работу, которая вскоре была издана в Англии (The Turkmen population of the Khoresm oasis // Asian Review. № 184. Vol. 1. October 1954. P. 22–39) – факт по тем временам весьма редкий. Диссертация, защищенная Марковым в 1954 г., базировалась на уникальном историческом и этнологическом материале; позже она легла в основу монографии «Очерк истории формирования северных