Чем дальше на юг, тем холмы предгорий становятся выше, смыкаются в более высокие гряды, пока, наконец их полностью не сменят мощные хребты Алтайской горной системы. В северной и средней ее части расположена Горно-Алтайская автономная область, занимающая почти 93 тыс. кв. км, или 35,3% территории края, но сосредоточивающая только 6,3% его населения. Это страна величественных гор, разнообразных полезных ископаемых, хвойных лесов, одевающих горные склоны, и сочных альпийских лугов.

Горные хребты Алтая, наибольшие вершины которых лежат в поясе вечных снегов, протягиваются мощными каменными цепями с востока на запад, как Северный и Южный Чуйские, Катунский, Теректинский, Курайский и Коргонский хребты, или расходятся из одного района веерообразно, но в общем вытягиваясь на север порой почти в меридиональном направлении, как Чулышманский, Тигирецкий. Бащелакский, Ануйский, Чергинский, Семинский и некоторые другие. Самая высокая точка всего советского Алтая — гора Белуха, находящаяся в Катунском хребте. Она имеет две острые вершины, разделенные широким седлом.

Восточная, более высокая, поднимается на 4506 м над уровнем моря. Обе вершины и седло Белухи покрыты многолетними фирновыми снегами и ледниками. Впервые поднялся на седло Белухи в 1898 г. известный исследователь Алтая профессор Томского университета В. В. Сапожников. В 1914 г. восточной вершины Белухи удалось достигнуть исследователям алтайских ледников братьям Б. и М. Треневым. В советский период альпинисты частые гости двуглавой Белухи.

Большой неравномерностью отличается климат Алтайских гор. Каждый горный хребет, каждая долина и межгорная впадина имеют свой собственный климат, резко отличающийся от климата других близлежащих участков. Высоко в горах в поясе снега и льда почти круглый год стоит зима и нет ни одного месяца в году без отрицательных температур воздуха. Но во многих местах здесь же среди гор расположены и самые теплые участки Алтайского края со средней температурой года +4°, где вызревают штамбовые яблони и груши, растут теплолюбивые бахчевые культуры. Примыкая к степным просторам Западно-Сибирской равнины, Горный Алтай в значительной степени находится под влиянием северных холодных ветров.