Рельєф регіону представлений широкими сухими глинистими та гравійними долинами, які поволі спускаються з гір до озер. Рівнини перемежовуються солончаками, невеликими озерами та невисокими пагорбами, подекуди трапляються скельні відслонення. На сході екорегіону зустрічаються піщані дюни, відомі як Монгол-Елс[de], або Монгольські піски. Посередині улоговини із північного заходу на південний схід проходять гори Хан-Хухійн-Ула[de], які розділяють басейн Убсу-Нура та басейн Хярґас-Нура. Середня висота озера Хара-Нур становить 1153 м над рівнем моря, озера Хярґас-Нур — 1028 м над рівнем моря, а озера Убсу-Нур — 759 м над рівнем моря. Висота Шаргінської западини, розташованої на крайньому півдні екорегіону становить від 948 до 1700 м над рівнем моря. Загалом висота екорегіону переважно коливається від 700 до 2000 м над рівнем моря, а висота навколишніх гір може досягати 4000 м над рівнем моря.
На півночі екорегіону переважає напівпустельний клімат (BSk за класифікацією кліматів Кеппена), а на півдні — холодний пустельний клімат (BWk за класифікацією Кеппена). Зима в регіоні довга і морозна, весна суха і вітряна, а літо тепле або спекотне. Середньорічна температура становить -2 °C, середньомісячна температура коливається від -31 °C у січні до 20 °C у липні. Середньорічна кількість опадів коливається від 50 до 150 мм, пік опадів припадає на липень. Екорегіон розташований у дощовій тіні гір Танну-Ула, які захищають його від переважаючих вологих північно-західних вітрів, що дмуть із Сибіру. Басейн Убсу-Нуру розташований в центрі Азійського антициклону і відомий як одне з найхолодніших місць в Азії з найнижчою зареєстрованою температурою -58 °C.
В пустелях на верхніх схилах гір зустрічаються напівчагарнички коротколистого їжачника[ru] (Anabasis brevifolia), а також галькова ковила[zh] (Stipa glareosa) та деревієподібна аянія[vi] (Ajania achilleoides). Рослинність тут покриває від 3 до 20 % території. На нижчих схилах та в пустельному степу (напівпустелі), який поширений на більшій частині басейну Великих озер, переважають невисокі кущі білокорої карагани[sv] (Caragana leucophloea) в поєднанні з колючим горобинцем[sv] (Oxytropis aciphylla), рутолистою ковилою[az] (Artemisia rutifolia) та черешкуватим мигдалем (Prunus pedunculata). Рослинність тут покриває від 15 до 50 % території.
У перехідній зоні між пустельним степом та луками в долинах річок переважають купини блискучої неотринії[ru] (Neotrinia splendens), які часто перемежовуються чагарниками колючої карагани[sv] (Caragana spinosa) та сріблястого солекуща[ru] (Halimodendron halodendron). На верхніх терасах річкових долин та в околицях озера Хара-Ус-Нур поширені трав'янисті луки, на яких переважає китайський колосняк[en] (Leymus chinensis). Уздовж річок Кобдо та Буянт ростуть густі зарості лозових верб (Salix viminalis), частина з яких деградувала внаслідок перевипасу худоби. Значні території в долинах річок та на берегах озер екорегіону протягом останніх століть використовувалися як пасовища. На цих деградованих луках домінує гусячий перстач (Argentina anserina).
Екорегіон пустельного степу басейну Великих озер характеризується високим флористичним різноманіттям, оскільки він включає в себе багато перехідних зон — від степу до пустелі, від прісної до солоної води, від низьких висот до високогір'їв. Ця ізольована територія протягом історії зазнала незначного втручання людини, яке передусім полягало у веденні кочового скотарства. Загалом в екорегіоні зареєстровано 554 види судинних рослин з 62 родин. З них 13 видів є ендеміками екорегіону, а 22 види занесені до Червоної книги Монголії. Зокрема, ендеміками басейну Убсу-Нура є барханова ковила (Stipa barhanica), тувинський астрагал[sv] (Astragalus tuvinicus) та астрагал Положій[sv] (Astragalus polozhiae).
