Капитан 1-го ранга Н. Эссен последним покинул борт погружавшегося в воду «Севастополя». После плена в марте 1905 года Эссен вместе с другими офицерами возвращается на родину. За боевые заслуги Эссен был награждён орденом Святого Георгия IV степени и золотым оружием с надписью «За храбрость». Он занимает должность заведующего стратегической частью военно-морского учёного отдела Главного морского штаба, командира 20-го флотского экипажа, с марта 1906 года — командир строящегося в Англии броненосного крейсера «Рюрик».
Но вскоре Эссена отозвали, произвели в контр-адмиралы, и он возглавил отряд минных крейсеров, построенных на добровольные пожертвования для Балтийского флота. По сути, на Балтике в то время не было действенного флота. В разгромленных Тихоокеанских эскадрах, отправленных с Балтики, ушли на дно лучшие корабли Балтийского флота. Именно Н. Эссену выпало заняться восстановлением боеспособного флота. Манёвры 1908 года выявили низкую боеспособность устаревших кораблей флота. Кроме того, все отряды на Балтике были разобщены, и в конце кампании Н. Эссен назначается начальником Соединённых отрядов, ядра будущего флота. Начинается строительство линейных кораблей, основы ударной силы. Но Эссен не забывает уроков Порт-Артура и обращает особое внимание на подготовку минных заградителей для борьбы с минами специальных сил траления. Вскоре Н. Эссен был произведён в вице-адмиралы.
В 1909 году Эссен — начальник морских сил Балтийского моря, с 1911 года — командующий флотом Балтийского моря. Он добился коренной перестройки деятельности всех учреждений, поставив их на службу потребностям действующего флота. Показал себя прямым последователем идей С.О. Макарова, руководил разработкой и принятием в 1912 году плана действия флота на случай войны, созданием минно-артиллерийских позиций для обороны петербургского направления.
«За это время деятельность нашего Балтийского флота неразрывно связана с именем Н.О. Эссена, — сообщал «Морской сборник», — и она проходила незаметно для нашего общества, которое совершенно не знало, что делается на наших многочисленных кораблях. За этот период Эссен из начальника отряда минных крейсеров сделался начальником морских сил Балтийского моря и добился подчинения себе всех портовых учреждений, совершив этим самым крупную ломку в организации наших морских сил и проведя идею, согласно которой все береговые учреждения должны служить и существовать для флота, а не наоборот. В этом деле он является прямым последователем идей адмирала С.О. Макарова».
Командуя Балтийским флотом, ещё в 1912 году вице-адмирал Эссен предвидел главенствующую роль флота в будущей войне и в связи с этим обратился в Государственную Думу с письмом, в котором указывал, «что всякое отклонение вопроса о создании флота убьёт дух личного состава и тогда не создать России флота, каких бы трудов и денег на это не жертвовали... Линейный флот, укреплённая база и сильная подвижная минная оборона — вот три фактора, без которых немыслимо думать о какой-либо обороне Балтийского побережья».
В 1913 году Николай Оттович был удостоен звания полного адмирала. Он упорно и плодотворно трудился над разработкой плана действий Балтийского флота в войне и успешно руководил его осуществлением в начале Первой мировой. «Война решается боем, — объявлял он накануне войны с Германией в своём приказе по Балтийскому флоту 19 июля 1914 года. — Пусть каждый из вас напряжёт все свои силы, духовные и телесные, приложит все свои знания, опыт и умение в день боя, чтобы наши снаряды и мины несли бы гибель и разрушение в неприятельские боевые строи и корабли».
15 июля Австро-Венгрия объявила войну Сербии, и адмирал Эссен приказал выключить все маяки на Балтике. Из данных радиоперехватов Эссен знал, что германский флот на Балтике начал переходить в Данциг. Однако, несмотря на необъявленную мобилизацию в Германии, Николай II запретил минные постановки. Адмирал, помня о судьбе Порт-Артура, 17 июля 1914 года послал телеграмму морскому министру: «Если не получу ответ сегодня ночью, утром поставлю заграждение».
В ночь на 18 июля пришла телеграмма министра о возможности появления германских сил у Центральной позиции. Эссен собрал совет флагманов и отдал приказ о постановке минных заграждений.
Когда поступило разрешение ставить мины, корабли были уже на позиции. А 19 июля Германия объявила войну России. В тот же день адмирал издал приказ, в котором поздравил моряков с днём, «к которому они готовились всею жизнью и службой». Первоначально действовали оборонительно. Германские лёгкие силы обстреляли Либаву, оставленную русскими.
Через неделю выставили минное заграждение в проходе, оставленном для купеческих судов в Наргене. Эссен обрадовался, ибо в этом месте следовало ставить свои мины. Явно немцы пока не собирались действовать против Финского залива, однако и Эссену были запрещены активные действия западнее Оденсхольма. Но комфлотом был настороже. Из Боевой летописи:
«26 августа. Германский крейсер «Магдебург», участвуя совместно с лёгким крейсером «Аусбург» и 2 миноносцами в операции против русских в тумане дозорных кораблей в устье Финского залива, ночью в тумане наскочил на риф у северной оконечности острова Оденсхольм. Повреждённый неприятельский крейсер был тотчас обнаружен русским постом связи и наблюдения в Оденсхольме. По его донесению командующий флотом Н.О. Эссен спешно вызвал на место аварии крейсера и миноносцы. Исчерпав за ночь все средства для того, чтобы снять корабли с камней, командир «Магдебурга» решил перевести личный состав крейсера на находившийся при нем миноносец «У-26», а крейсер взорвать.
При приближении на рассвете к Оденсхольму крейсера русских «Паллада» и «Богатырь», заметив под кормой «Магдебурга» миноносец, принимающий команду, обстреляли последний. Открыв ответный огонь, германский миноносец, имея попадание в корму, полным ходом скрылся в тумане. В этот момент на «Магдебурге» произошёл взрыв, разрушивший всю носовую часть корабля до фок-мачты. Потери на крейсере «Магдебург» и эскадренном миноносце «У-26» — 3 убитых и 17 раненых.
На захваченном русскими крейсере были взяты в плен командир, 2 офицера, 54 матроса. Во время водолазных работ, предпринятых для выяснения возможности снять крейсер с камней, были подняты, со дна выброшенные за борт сигнальные книги и шифры, которые вместе с найденными на корабле кодами и другими секретными документами дали возможность русским и их союзникам овладеть системой германских шифров, расшифрование радиопереговоров противника» .Инициатива комфлота была вознаграждена.
В конце августа германский крейсер «Аугсбург», подойдя к входу в Финский залив, обстрелял русские тральщики, определявшие границы поставленного немцами минного заграждения на линии Ганге—Такхона.
Подошедшими дозорными крейсерами «Адмирал Макаров» и «Баян» противник был отогнан. Он пытался увлечь за собой русские крейсера с целью навести их на находившуюся вблизи на позиции подводную лодку «U-З».
После короткой погони и перестрелки на дистанции, доходившей до 60 кабельтовых, русские крейсера вернулись на свои позиции.
1 сентября отряд крейсеров под флагом командующего Балтийским флотом адмирала Эссена в составе броненосных крейсеров «Рюрик», «Россия» и лёгких крейсеров «Олег» и «Богатырь», эскадренного миноносца «Новик» и миноносцев полудивизиона особого назначения — «Сибирский стрелок», «Генерал Кондратенко», «Охотник», «Пограничник» — вышел из Ревеля в море для операции против германских крейсеров, несущих дозор в районе Готланда и для разведки на линии Стейнорт — Хоборг.
Ввиду встреченной при выходе в Балтийское море свежей погоды, миноносцы, кроме «Новика», были возвращены обратно. В ночь на 2 сентября в районе Готланда отряд обнаружил германский крейсер «Аугсбург», который, опознав русских, быстро стал уходить на юг. Посланный для его атаки эскадренный миноносец «Новик», хотя и нагнал противника, но не мог подойти на дистанцию надёжного торпедного залпа и выпустил торпеды без результата. Ввиду встречи с «Аугсбургом», а позже ещё с одним шведским пароходом, адмирал Эссен решил отказаться от дальнейшего проведения операции и вернуться обратно, так как его отряд не мог осуществить внезапное появление в южной части Балтийского моря для нападения на крейсера противника. Утром 3 сентября отряд прибыл в Ревель.
