С 1886 года по 1889 год Макаров командовал корветом "Витязь". На котором совершил кругосветное путешествие. Опубликованные им в двухтомнике "Витязь" и Тихий океан" океанографические исследования, проводимые им в ходе кругосветного путешествия, были удостоены премии Академии наук и принесли ему мировую славу океанографа. Стоит отметить, что фронтоне здания Океанографического института в Монако в списке кораблей, внесших вклад в исследования Мирового океана, присутствует и имя корвета "Витязь".

В 1891 году Макаров был назначен на пост исполняющего обязанности главного инспектора морской артиллерии. Пребывая в этой должности, он разработал новые наконечники к бронебойным снарядам, повышавшие бронепробиваемость снаряда при прочих равных условиях на 10-16 %. Такие шестидюймовые снаряды с наконечниками из нелегированной стали пробивали 254 мм броню. Но это его изобретение не было оценено по достоинству и не было внедрено на корабли русского флота. Если бы перед началом русско-японской войны русские корабли были вооружены снарядами с такими наконечниками, то война бы закончилась по другому. Например, в пресловутом Чемульпинском бою крейсер "Варяг" смог бы пробить броню любого корабля противостоящей стороны.

В 1894-1896 годах совершил второе кругосветное путешествие. В 1895 году командовал эскадрой в Средиземном море, которую ввиду угрозы войны с Японией перевёл через Суэцкий канал на Дальний Восток.

Первого января 1896 года Макаров был назначен старшим флагманом Первой флотской дивизии, базировавшейся в Кронштадте.

В этом же году Степан Осипович Макаров был произведен в чин вице-адмирала.

В 1897 выдвинул идею исследования Арктики при помощи ледоколов, и именно он удостоился чести быть руководителем комиссии по составлению технического проекта первого ледокола "Ермак".

Семнадцатого октября 1898 ледокол "Ермак", строившийся в Ньюкастле, был спущен на воду.

В 1899-1901 годах Макаров совершил арктические плавания среди льдов к Шпицбергену, берегам Новой Земли и Земли Франца-Иосифа. Эти свои экспедиции он описал в книге "Ермак во льдах".

Шестого декабря 1899 году Макаров Степан Осипович был назначен главным командиром Кронштадтского порта и военным губернатором Кронштадта. В 1903 году опубликовал книгу "Без парусов", в которой озвучил свои мысли на счет обучения личного состава морского флота. Пребывая на этой должности, за четыре дня до начала русско-японской войны Макаров составил записку с предупреждением о неизбежности нападения японцев на Россию в самые ближайшие дни. Также в ней он говорил о недостатках русской противоторпедной обороны, которые позже и были использованы японской эскадрой при нападении 26 января 1907 года на рейд Порт-Артура.

Первого февраля 1904 года (после начала русско-японской войны) назначен командующим Тихоокеанской эскадры. Степан Осипович был именно тем человеком, который мог успешно противостоять натиску японского адмирала Хэйхатиро Того, командующего японским флотом. 24 февраля Макаров прибыл в крепость Порт-Артур, откуда и руководил кораблями для эффективной обороны крепости.