张相文非常重视地理考察，足迹踏遍了中国的大江南北，并将所学的地理知识与实地考察相结合，发表了数十篇基于实地考察的论著。张相文对自己家乡所在的淮河中下游地区进行了多次考察，发表了《论导淮不宜全淮入江》《导淮一夕谈》等文章，提出了淮河治理的建设性意见；在黄河流域考察时，他不仅对周边地貌现象进行了描述，还将所见所思撰写成文《河套与治河之关系》；游览热河时，他在广仁岭见到“石色皆浑黑多孔”，提出这是“由火山岩（浆）而成者也”；在山东半岛考察时，他发现部分海岸线为断崖，认为这是由地层断裂而成。张相文不仅注重对自然地理现象的考察，也没有忽视自然景观周边的人文景观、历史遗址等，例如在北方考察后，他撰写了《长城考》《成吉思汗陵寝辨证书》《漠北铁道》等文。