Окончание войны с Турцией не остановило деятельности Макарова; он занялся эвакуацией войск, во время которой познакомился с М. Д. Скобелевым. Последний предложил Макарову в начале 1880 г. место своего помощника по морской части в Ахалтекинской экспедиции. Следует отметить, что всего за 5 месяцев до своего отбытия на новый театр военных действий Макаров женился на К. И. Якимовской. Новое поручение возложено было на Макарова в конце марта, и 7 апреля он отбыл из Санкт-Петербурга; отряд моряков вышел за ним, и уже 21 мая «морская» батарея выступила в степь. Сам Макаров в боевых действиях не участвовал; он находился в тылу армии и занимался, как выразился Скобелев, «черной работой» – организацией подвозки грузов и припасов из Астрахани в Красноводск, где временно исполнял и обязанности по управлению Закаспийским округом. Скобелев был чрезвычайно доволен действиями моряков и их начальника и в знак особого расположения к Макарову обменялся с ним Георгиевскими крестами; со скобелевским крестом Макаров и погиб под Порт-Артуром.

В конце 1881 г. Макаров был назначен командиром парохода «Тамань», стоявшего стационером в Константинополе; на этом спокойном месте Макаров завоевал себе новую славу выдающегося исследователя физических свойств моря. Сейчас же по прибытии на место Макаров начал исследования течений Босфора; убедившись в существовании на глубине обратного течения, Макаров определил его границы, скорость и прочие свойства; провел систематизацию этого материала, получился целый трактат «Об обмене вод Черного и Средиземного морей», удостоенный Академией наук неполной Макарьевской премией и который, по словам известного гидролога, барона Ф. Врангеля, «остается и поныне самым полным и законченным решением вопроса о течениях в проливах». Вместе с тем Макаров занялся изучением Босфора как объекта будущих военных действий России, и в 1883 г. подал обстоятельную записку, в которой предлагал ряд мер, могущих обеспечить разрешение этой задачи.

1 января 1882 г. Макаров был произведен в капитаны 1-го ранга и летом состоял флаг-капитаном шхерного отряда при контр-адмирале Шмидте, а в 1883 г. – при контр-адмирале Чихачеве в практической эскадре Балтийского моря; к этому времени относится проект макаровского способа быстрой разводки пара, при котором через 7 ½ минут от зажигания котлов можно дать ход, а в дальнейшие 4 минуты довести его до полного. Как многое другое, и эта мера не была осуществлена во флоте, и только в 1904 г., уже во время войны, Макаров как командующий флотом ввел этот способ на судах эскадры Тихого океана.

Лето 1885 г. Макаров командовал фрегатом «Князь Пожарский» и после кампании, ввиду ожидавшегося столкновения с Англией, представил проект «мобилизации корабля». При этом он писал: «Если не вырабатывать мобилизацию в мирное время, то в случай войны произойдет сумбур». Но и это предложение Макарова подверглось только критике.

В сентябре 1885 г. Макаров был назначен командующим корветом «Витязь», готовившегося к кругосветному плаванию; корвет еще строился и был принят только в середине 1886 г. Ко времени постройки «Витязя» относится замечательный, но малоизвестный труд Макарова, вышедший без подписи: «В защиту старых броненосцев и новых усовершенствований» («Морской сборник» 1886 г.). В этой работе в легкой литературной форме Макаров изложил свой взгляд на необходимость переделки старых броненосцев согласно новым усовершенствованиям и доказывал это результатом сражения флотов 2 фантастических республик, Белой и Синей, оканчивающегося в пользу «качества», а не «количества» судов. Статья эта, явившаяся и протестом против увлечения морского министерства одним судостроением, рисует идеальные типы морских вождей, как они представлялись в то время будущему адмиралу, и к достижению образа которых он, несомненно, стремился тогда и впослдствии. «Секрет, которым обладал адмирал X, – пишет Макаров, – заключался в том, что он умел выбирать своих командиров», а «создав командиров, адмирал X мог уже делать с эскадрою такие маневры, о которых другой адмирал не мог бы и думать… Успех дела зависит от единства, а единство достигается только продолжительными плаваниями и упражнениями».

В августе 1886 г. «Витязь» пересек Атлантический океан, зашел в Рио-де-Жанейро, затем, обойдя Америку Магеллановым проливом, поднялся в апреле 1887 г. к Иокогаме, зайдя по пути на острова Маркизские и Сандвичевы; более ²/₃ плавание совершено было под парусами. В Тихом океане «Витязь» оставался до конца 1888 г., когда отправился обратно, и через Суэц прибыл 19 мая 1889 г. в Кронштадт. За 3-летнее плавание сделано было под парусами 25 856, под парами – 33 412, всего же 59 268 миль. Во время плавания, начиная с самого выхода из Кронштадта, Макаров решил произвести, подобно наблюдениям в Босфоре, исследования проходимых вод. «С первых же дней, – говорит сам Макаров, – стало очевидным, с какою охотой офицеры взялись за дело. В начале остановки для наблюдений на глубинах были редки, а потом, когда корвет был приведен в должный вид в военном отношении, работы участились, в особенности в наших Японском и Охотском морях, где так мало произведено еще исследований». Так молодой командир «Витязя» не забывал занесенного им еще кадетом в дневник положения, что степень усердия личного состава зависит от «осмысленности жизни». Незаурядное плавание «Витязя» обессмертило имя как командира, так и самого корабля: сделаны были 194 станции с гидрологическими наблюдениями, по окончании плавания добытые данные были систематизированы и напечатаны в 1894 г. под названием «„Витязь“ и Тихий океан». Труд этот был удостоен Академией наук Макарьевской премией и Константиновской медалью Географического общества.

Во время пребывания «Витязя» на востоке на долю Макарова, за болезнью начальника эскадры, выпало временное управление ею, и немедленно строй жизни ее оживился: эскадра производила маневрирования, как бы в военное время; под председательством Макарова комиссия командиров разрабатывала планы военных действий крейсеров на случай разрыва с той или иной державой; при этом Макаров не ограничился рассмотрением только самих планов, но обращал внимание высшего морского начальства и на то, что Владивосток, единственная база русского флота на Дальнем Востоке, не отвечал своей цели. Не остановился Макаров и перед тем, чтобы обратить внимание министерства на то, что у него не было органа, разрабатывающего предварительные планы войны: «Комиссия осмеливается думать, – говорилось в одном из ее протоколов, – что если бы во главе морского штаба был учрежден отдел, не связанный текущими, делами и специально ведущий военно-стратегическую часть, то организация войны много бы выиграла». Все эти, высказанные за 16 лет до японской войны, горькие истины остались таковыми, и печальные 1904–05 гг. ясно показали всю справедливость слов Степана Осиповича.

1 января 1890 г. Макаров был произведен в контр-адмиралы, имея 41 год от роду, и назначен младшим флагманом Балтийского флота, а осенью 1891 г. – главным инспектором морской артиллерии. На новом, чисто техническом посту Макаров проявил ту же энергию; отчет за 1891–94 гг., представленный им по уходу с должности, откровенно раскрывал недостатки нашей артиллерии и указывал на то, что надо предпринять для их устранения. Главной своей заслугой Макаров считал изобретение колпачков на снаряды, но и это важное приспособление не получило осуществления до самой войны 1904–05 гг. В отчете интересно отметить ясное понимание Макаровым необходимости совместной работы морской артиллерии и сухопутной; по его инициативе выбраны были взаимные представители в комитеты, и Макаров с благодарностью вспоминает совместную работу: «Мне никогда не казалось стыдным, – говорит он, – упоминать о том, что мы подражаем нашим товарищам по артиллерии», и тут же с горечью приводит указание, как отрицательно относился к совместной работе артиллерийский комитет (сухопутный). Минувшая война, когда крепостная артиллерия в Порт-Артуре, не имея фугасных снарядов, должна была брать снаряды у флота, наглядным образом свидетельствует о правильности взгляда Макарова. Ко времени занятия поста инспектора относится труд Макарова: «Разбор элементов, составляющих боевую силу судов», навеянный столкновением 10 июля 1893 г. английских броненосцев «Виктория» и «Кампердоун». Высказываясь против больших броненосцев, Макаров предлагал строить суда в 3 тысячи тонн водоизмещения с ходом в 20 узлов и сильной артиллерией. Заканчивал свою статью Макаров следующими словами: «Будут ли строить тяжелые броневые суда в 15 тысяч тонн или легкие в 3 тысячи тонн – во всяком случае, морякам предстоит большая работа сделать их действительно годными для боя». В заключительных словах, зовущих личный состав на движение вперед, главное значение этой работы: что современные ему суда были далеки от совершенства, теперь, после войны 1904–05 гг., совершенно очевидно.