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说到元代对黄河源的考察，我们有必要先回顾一下此前对黄河源的认识。
早在贞观九年(公元635年)，唐朝的将领李靖、侯君集、李道宗等向青藏高原东北部的吐谷浑进军，到达赤海，进入黄河源地区。《旧唐书》的《吐谷浑传》和《侯君集传》有这样的记载(括号中为《侯君集传》文)：
侯君集与江夏王道宗趣南路，登汉哭山，饮马乌海，……经涂二千余里空虚之地，盛夏降霜，多积雪，(转战遥星宿川)，其地乏水草，将士噉冰，马皆食雪。又达于柏梁(海)，北望积石山，观河源之所出焉。
〔今译〕侯君集和李道宗从南路进军，翻越了汉哭山，在乌海给马饮水，经过了2000多里荒无人烟的地方，当时虽然是盛夏却仍然有霜，山上还有积雪，路上缺乏水草，将士只能化冰饮用，马只得吃雪。又经过星宿川，来到柏海，在那里北望积石山，看到黄河发源的地方。
从他们的进军线路和沿途所经地区的自然景观看，乌海就是今青海的苫海，柏海就是扎陵湖和鄂陵湖，星宿川即星宿海。尽管他们不一定注意到了黄河的正源卡日曲，但已经看到了扎陵湖和鄂陵湖以上的星宿海，离真正的黄河源已经近在咫尺了。
安史之乱后，吐蕃占据了唐朝的陇西和河西走廊。这固然使中原与河源地区更加隔绝，但唐朝为了对付吐蕃，加强了对吐蕃、包括河源地区的了解，加上吐蕃军队不止一次攻入关中，大批唐朝军民被吐蕃掳掠至青藏高原，都使有关河源的知识和见闻得到传播和收集，使贾耽有可能在贞元十四年(公元798年)完成历史上第一部包括黄河河源地区状况的专著《吐蕃黄河录》。
长庆元年(公元821年)，刘元鼎奉命出使吐蕃，到达罗娑(今拉萨市)。《新唐书·吐蕃传》记录了他的见闻：
元鼎逾湟水，至龙泉谷，……湟水出蒙谷，抵龙泉与河合。河之上流，繇洪济梁西南行二千里，水益狭，春可涉，秋夏乃胜舟。其南三百里三山，中高而四下，曰紫山，直大羊同国，古所谓昆仑者也，虏曰闷摩黎山，东距长安五千里，河源其间，流澄缓下，稍合众流，色赤，行益远，它水并注则浊。
〔今译〕刘元鼎经过湟水，到了龙泉谷。……湟水是从蒙谷发源的，到了龙泉谷流入黄河。黄河的上游，从洪济梁向西南走2000里，河道越来越狭，春天可以步行过去。秋天和夏天才能行船。黄河的南面有三座山，中间高而四面低，叫紫山，通向大羊同国，就是古时候所称的昆仑山，吐蕃人称之为闷摩黎山，向东离长安有5000里。黄河就发源于这山间，开始流速很慢，水很清，渐渐汇合了不少支流，水色变红；再往下，又有其他河流注入，水变混浊了。
紫山或闷摩黎山就是巴颜喀拉山，刘元鼎所经过的地区就是巴颜喀拉山南麓的黄河发源地，他对黄河上游水文状况的描述是迄今最早的记载。刘元鼎作为唐朝的使者，往返都经过河源，比侯君集等人有更多观察了解的机会，他的见闻当然具有更高的价值。但是直到元朝之前，还没有以地理考察为目的进入河源地区的记录。
元宪宗四年(公元1254年)，蒙古军队进入吐蕃，完全控制了吐蕃地区。以后，元朝又将吐蕃划归掌管全国佛教事务的机构总制院(以后改名宣政院)管辖，成为元朝疆域的一部分。至元十七年(公元1280年)，元世祖召见都实和他的堂弟阔阔出，对他们说：
黄河之入中国，夏后氏导之，知自积石矣，汉唐所不能悉其源。今为吾地，朕欲极其源之所出营一城，俾番贾互市，规置航传，凡物贡水行达京师。古无有也，朕为之，以永后来无穷利益，盖难其人。都实，汝旧人，且习诸国语，往图。(阔阔出)汝谐，授招讨使，佩金符以行。
〔今译〕黄河进入中国，从大禹治水以来都知道是从积石山而来，但汉朝、唐朝都没有能查清它的源头。现在那里成了我的领土，我要一直查到黄河发源的地方，在那里建一座城，供吐蕃商人与内地做买卖，并在那里设立转运站，将贡品和物资通过水运到达首都。古人没有办过的事，我要办到，让后世受益无穷。只是找不到合适的人。都实，你是我的老部下，又通晓各族语言，派你去执行；阔阔出，你也一起去，授予你招讨使，佩带金符出发。
都实与阔阔出在当年四月从河州(今甘肃临夏东北)启程，四个月后到达河源。冬天返回，将城和转运站的设计位置画成地图上报。元世祖大喜，任命都实为吐蕃等处都元帅，负责筹集工匠和物资；后因故停止。延祐二年(公元1315年)，阔阔出与潘昂霄一起奉命宣抚京畿西道，将此事经过告诉了潘。当年八月，潘昂霄著成《河源记》一文，我国第一次对黄河源的考察成果得以流传后世。
同时，由于吐蕃归入元朝版图，吐蕃人对黄河源的了解也开始为元朝人所知。地图学家朱思本从八里吉思家里得到了帝师(西藏宗教领袖)所藏的梵文图书，翻译成汉文后发现与《河源记》互有详略。这两方面的记录由《元史》作者综合后载入了该书的《地理志》：
按河源在土蕃朵甘思西鄙，有泉百余泓，沮洳散焕，弗可逼视，方可七八十里，履高山下瞰，灿若列星，以故名火敦脑儿。火敦，译言星宿也。(思本曰：……水从地涌出如井。其井百余，东北流百余里，汇为大泽，曰火敦脑儿。)群流奔辏，近五七里，汇二巨泽，名阿刺脑儿。自西而东，连属吞噬，行一日，迤逦东骛成川，号赤宾河。又二三日，水西南来，名亦里出，与赤宾河合。又三四日，水南来，名忽兰。又水东南来，名也里术。合流入赤宾，其流浸大，始名黄河，然水犹清，人可涉。又一二日，歧为八九股，名也孙斡论，译言九渡，通广五七里，可度马。又四五日，水浑浊，土人抱革囊，骑过之。
〔今译〕黄河源上的土(吐)蕃朵甘思的西边，在方圆七八十里的范围内有100余个泉眼，由于积水和淤泥，无法走近观察。从高山上往下看，在阳光下就像群星灿烂，所以称为火敦脑儿，“火敦”就是星宿的意思。(朱思本：从地下涌出的水像井一样，有百余口，向东北流出百余里，汇成一个大湖，叫火敦脑儿。)很多股水奔流而下，大约五七里后，汇集为两个大湖，名叫阿刺脑儿。 由西向东，不断汇入水源，经过一天的路程，形成了河流，名叫赤宾河。二三天后，亦里赤河由西南方流入赤宾河。又过了三四天，忽兰河从南面注入；又有也里术河从东南方流入赤宾河；至此才形成一条大河，被称为黄河，但水还清，人可以步行渡过。一二天后，河道分为八九股，称为也孙斡论，意思是“九渡”，共宽五至七里，可骑马渡过。再过四五天，水变得混浊了，当地人抱着皮袋，骑在马上渡河。
这些记载充分证明，都实等人对黄河源的考察，加上吐蕃人对河源的了解，已经将黄河的正源确定在星宿海西南百余里处。他们对黄河最上游的水文、地形、地貌和人文景观的考察和记录都已相当具体准确。更可贵的是，他们并不迷信史料，而是尊重事实，对前人不符合实际的说法大胆予以否定，比那些死抱着儒家经典的陈说不放的人要高明得多。
元朝学者陶宗仪在他所著的《南村辍耕录》中收录了《河源记》，并附有一张《黄河源图》。这张地图的画法与《河源记》所记述的内容完全一致，显然是出于都实等人之手，或者是别人根据《河源记》画成。这是目前传世的最早的黄河源地区地图。
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