В первую очередь он взялся за приведение в порядок коллекции птиц Кавказа, собранной еще во время путешествия 1870 г. В то время он расценивал свою поездку как рекогносцировку и не спешил с опубликованием ее результатов, надеясь посетить Кавказ вторично. Позже изучение Средней Азии отвлекло его от этой работы. Теперь же орнитологические коллекции Зоологического музея давали возможность в значительной степени дополнить кавказские материалы. На этой основе Богданов написал первую из трех своих крупных орнитологических работ — монографию «Птицы Кавказа». Она вышла в свет в 1879 г. В ней был дан анализ и критическая оценка всей известной в то время орнитологической литературы, описаны 323 вида птиц, для каждого вида приведена подробная синонимика названий и литературные источники, уточнены описания видов и места их обитания. Это была первая, но настолько полная систематическая сводка по птицам Кавказа, что она надолго стала настольной книгой русских орнитологов. М. Д. Рузский писал о ней четверть века спустя после ее публикации: «Описание птиц Кавказа принадлежит к лучшим фаунистическим произведениям и до сего времени является основной работой по орнитологии Кавказа» (II, 33, стр. 265). Не утратила она своего значения и до наших дней.
В 1881 г. была опубликована вторая монография из серии орнитологических работ Богданова — «Сорокопуты русской фауны и их сородичи», его докторская диссертация, которую он защитил в апреле того же года. Она представляет собою наиболее полный и интересный по широте охвата биологических вопросов труд Богданова. Материалом для нее послужила орнитологическая коллекция Зоологического музея Академии наук, где группа сорокопутов, обитающих в России, была представлена наиболее полно.
Первоначально Богданов ставил себе задачу проверить на небольшой группе птиц выработанные им принципы классификации, но результаты исследования вышли далеко за рамки этой цели.
Для разработки системы семейства сорокопутов Богданов тщательно изучил описания всех русских видов, сравнил эти описания у разных авторов с коллекционными экземплярами, проследил степень изменчивости пластических признаков и окраски у отдельных видов. Анализ видовых признаков превратил чисто систематический по замыслу труд в зоогеографический и помог Богданову разобраться в вопросах филогении.
В результате сравнения «оказалось, что виды располагаются в правильные ряды, в которых можно проследить постепенное (изменение признаков: регресс одних и прогрессивное развитие других; и, что особенно важно, эти ряды явлений, изменения родового типа, находятся в известных отношениях с географическим размещением видов» (I, 83, стр. XI). Сопоставив характер изменения признаков внутри родов и видов с географическим распространением, Богданов построил генеалогию каждого рода и вида, указал предполагаемые пути расселения до пределов существующих родовых ареалов, нарисовал картину эволюции семейства сорокопутов и их постепенного расселения на Европейско-Азиатском материке. Он описал облик исходной родоначальной формы всего семейства и указал место ее предполагаемого обитания: «В отдаленные времена (вероятно, в ранние эпохи третичного периода) на материке, бывшем на месте Формозы и других островов Тихого океана, существовал сорокопут, обладавший уже выработавшимися прочно признаками семейства, т. е. толстым клинообразным клювом и связанной с этой формой клюва хищностью. Окраска этой птицы была однообразная, тусклая, буроватая. Все перья, покровные и хвостовые, были окрашены белыми полосками. Крыловые перья, особенно кроющие крыла, имели светлые каймы» (I, 83, стр. 196—197).
В семействе сорокопутов М. Н. Богданов видел иллюстрацию дарвинского принципа дивергенции признаков под влиянием новых экологических условий: «Сорокопуты представляют наследное доказательство того, что изменение типичных признаков находится в тесной связи с расселением вида за пределы области. Следовательно, изменчивость типа есть результат расселения или движения по земной поверхности. Вступая в соседнюю область, масса особей вида встречает там новые условия, новую группировку организмов; все это вызывает новые привычки у колонистов; изменение привычек нарушает физиологический строй жизни в организме, а это порождает изменения и во внутренней организации и в наружных формах и покровах. Таким образом, сознавая тесную связь движения организмов по земле с их изменчивостью, мы приходим к пониманию истинных задач зоогеографии» (I, 83, стр. 197—198).
В чем же состоят, по Богданову, эти «истинные задачи зоогеографии»? Какую роль должно играть географическое районирование фауны? Какие принципы должны лежать в его основе? И что представляет собою зоогеографическая область в ее биологической сущности?