W 1844 roku wyruszył na Synaj i dokonał tam – w Klasztorze św. Katarzyny – swego największego odkrycia – Kodeksu Synajskiego. Ostatecznie dopiero w 1859 roku udało mu się go sprowadzić w całości. Przy badaniach nad tym kodeksem zauważył, że – Kodeks Synajski nie posiada dwóch ostatnich wierszy Ewangelii Jana – przedostatni wiersz Ewangelii Jana (21,24) pierwotnie znajdował się w tekście kodeksu, został jednak starty i zamazany kolofonem. Nikt mu wtedy w to nie uwierzył, ale w latach 30. XX wieku, Milne i Skeat, którzy do badań tekstu zastosowali lampę ultrafioletową, przyznali, że Tischendorf miał rację.
W 1850 roku wydał tekst Nowego Testamentu Kodeksu Amiatyńskiego (w 1854 roku wydanie poprawione).
Opublikował osiem wydań greckiego Nowego Testamentu. Trzy pierwsze wydania zbliżone są do tekstu ustalonego przez Lachmanna, cztery zaś następne wykazują pewne pokrewieństwo z textus receptus. Największym osiągnięciem jest Editio octavo critica maior (1869 – 1 tom, 1872 – 2 tom), będące reprodukcją Kodeksu Synajskiego. Aparat krytyczny uwzględnia nie tylko liczne rękopisy, ale również cytaty ojców Kościoła.