12 февраля 1849 г. М.С. Воронцов получил распоряжение императора Николая I разрешить П.И. Иоселиани поездку на Афон. Результатом путешествия П.И. Иоселиани на Афон (март-август 1849 г.) стали пять путевых заметок: «Письмо из Трапезунта», «С дороги на Афонскую гору», «Письмо из Салоник», «Письмо из Константинополя», «Письмо из Одессы» («Закавказский вестник». 1849 г.). Более подробный и полный путевой дневник П.И. Иоселиани «Из путешествия на Афон» остался неопубликованным. П.И. Иоселиани был принят Синодом Кареи и на заседании произнёс речь, посвящённую грузинам – основателям Иверского монастыря. Он разобрал в Ивироне 4 тыс. греческих книг, «кучами валявшихся на полу и на полках», и нашёл среди них грузинские, содержащие «исторические сведения о Грузии, неизвестные доныне Грузии», в частности: пергаменное Житие основателей Ивирона преподобных Иоанна и Евфимия Святогорцев с приложением Жития Илариона Грузина и грузинских диптихов, в которых П.И. Иоселиани обнаружил «множество новых исторических имён Грузинского царства в XI–XII веках» (так называемые Агапы Иверского монастыря); Житие Георгия Святогорца; Житие апостола Варфоломея, проповедовавшего на Кавказе («книгу новую о лице, не известном в истории Грузии»); Житие преподобного Антония, «жившего в V веке и находившегося при лице св. Симеона Столпника», и др. П.И. Иоселиани добился беспрецедентного разрешения временно вывезти в Тифлис для копирования и изучения эти рукописи, а также одну из древнейших редакций Библии – Ошкскую Библию (два тома, 978 г.), в чём в 1818 г. было отказано Российскому библейскому обществу. П.И. Иоселиани посетил и описал все двадцать афонских монастырей, встречался с известными подвижниками того времени, в частности, с Иларионом Грузином (Канчавели). В 1850 г. было опубликовано одно из наиболее значительных сочинений П.И. Иоселиани, впоследствии выдержавшее многочисленные переиздания, – «Жизнеописания святых, прославляемых Православной Грузинской Церковью, составленные на основании древних и современных сведений с историческими, географическими, хронологическими и филологическими замечаниями». П.И. Иоселиани является одним из основоположников научной грузинской генеалогии, изучил феодальные роды князей Чолокашвили, Тархан-Моурави, Амилахвари, Гуриели. Истории Тбилиси; П.И. Иоселиани посвящён очерк «Древние памятники Тифлиса» (1844 г.) и труд «Описание древностей города Тифлиса» (1866 г.). Сочинение «Жизнь Георгия XIII» – это не только жизнеописание последнего царя Картли-Кахети Георгия XII, но и одно из первых серьёзных исследований по истории Грузии конца XVIII – начала XIX в., основанное на сведениях непосредственного очевидца и участника событий – отца П.И. Иоселиани, священника Игнатия.