По окончании войны С. О. Макаров с новой энергией принимается за исследовательскую работу. Он изучает течения в проливе Босфор. Знание скоростей, с которыми движутся водные массы в проливе между Черным и Мраморным морями, может пригодиться в любую минуту для того же минного дела. В 1882 году Степан Осипович в качестве командира парохода «Тамань» стоит в проливе под самыми стенами Константинополя и проводит там гидрологические работы при помощи им же придуманных методов. Он обнаруживает в Босфоре два явно выраженных противоположно направленных течения: поверхностные воды следуют из Черного моря в Мраморное, а глубинные — из Мраморного в Черное.
Как у всякого крупного исследователя природы, эти, казалось бы эпизодические, работы по гидрологии Босфора оставили яркий след в научной жизни С. О. Макарова и послужили толчком к началу целой серии исследований на просторах Атлантического, Индийского и особенно Тихого океанов. В 1885 году он был назначен командиром только что построенного корвета «Витязь». Корвет направлялся в тихоокеанские воды для укрепления русского военного флота. С. О. Макаров, заботясь о полном вооружении корабля, о подборе команды, помнит и о первоклассном его научном снаряжении. Он неутомимо вычерчивал эскизы новых приспособлений, заказывал их в отечественных мастерских и за границей. В результате «Витязь» оснащен всем современным океанографическим оборудованием, причем некоторые аппараты и приборы применялись в море, по почину С. О. Макарова, впервые.
Путешествие корвета «Витязь» длилось 993 дня, за это время он совершил кругосветное плавание. «Я полагаю, — пишет С. О. Макаров в 1893 году, — что отклоняющее действие вращения земли на все морские потоки играет первенствующую роль». Через двенадцать лет, когда по инициативе Нансена молодой шведский инженер Вальфрид Экман разработает подробную физико — математическую теорию морских течений, эта мысль С. О. Макарова находит всеобщее признание.
Но С. О. Макаров — родоначальник новых, оригинальных путей в морской науке — не был избалован признанием. Нельзя без боли читать его слова в протоколе прений после его лекций по морской тактике: «Я был очень тронут тем, что высказали в конце настоящей беседы лейтенант Беклемишев и полковник Пароменский, тронут вследствие малой привычки слышать доброе слово…» Лейтенант Беклемишев заявил в своем выступлении, что, следя внимательно за морской литературой, он может утвердительно сказать, что многие высказанные адмиралом идеи начинают, спустя несколько лет, предлагаться и пропагандироваться за границей выдающимися иностранными моряками и возвращаться иногда к нам с присвоенным этим идеям иностранным именем.
В 1891 году С. О. Макаров назначается главным инспектором морской артиллерии. Вникнув в работу морского артиллерий — ского оружия, он создает совершенно новый тип бронебойного снаряда. Он снабжает снаряд наконечником из мягкой стали, который позволяет пробивать броню и получать взрыв внутри корабля, где последствия взрыва наиболее эффективны.
Несмотря на тяжелую болезнь, Степан Осипович с увлечением работает над двумя большими исследованиями — «Разбор элементов, составляющих боевую силу судов» и «Рассуждения по морской тактике». Исследования эти легли в основу совершенно новой науки — морской тактики, впоследствии развитой военно — морскими специалистами всего мира.
С. О. Макаров подходит к кораблю, как к дому моряка и как к плавучей крепости. Он предлагает простые и остроумные средства для повышения непотопляемости и живучести корабля. Термин «живучесть» — способность корабля продолжать бой, невзирая на полученные повреждения, впервые вводится им в обиход.
Тактика морская отлична от тактики сухопутной. Но, учась тактике морской, необходимо впитать и усвоить весь исторический опыт великих полководцев, и С. О. Макаров учится у Суворова его науке побеждать. Он пропагандирует исторические высказывания Суворова и ценные суждения армейских специалистов — современников: Драгомирова, Скобелева. Громадный опыт командования кораблями и непрерывные учебные операции, которые всегда и всюду проводил на своих кораблях С. О. Макаров, позволяют ему совершенно точно и четко формулировать основные положения о маневрировании во время боя, об использовании минного оружия, артиллерии, тарана, применявшегося в XIX столетии достаточно широко.
Практическая деятельность С. О. Макарова как командира корабля и флотоводца часто заставляла его размышлять о больших тактических затруднениях, вносимых льдами. Он не раз возвращался к мысли об активных методах борьбы со льдом посредством специального корабля — мощного ледокола.
«Простой взгляд на карту России показывает, — писал он, — что она своим главным фасадом выходит на Ледовитый океан… Мощный ледокол откроет дверь в этом главном фасаде, он снимет ледяные ставни с окна, которое Петр I прорубил в Европу…»
Мысль о том, что при помощи ледокола можно прокладывать зимой пути к нашим замерзающим портам для торговых и военных кораблей, казалась С. О. Макарову столь простой, что он полагал достаточным одного ее высказывания, чтобы все к ней тотчас же присоединились. Но современники не присоединились к этой мысли даже тогда, когда первый в мире мощный ледокол «Ермак» был наконец построен в Ньюкасле в 1898 году под непрерывным наблюдением и по непосредственным указаниям С. О. Макарова. Прибытие «Ермака» под командой С. О. Макарова в Кронштадт сквозь льды Финского залива вызвало бурную радость в народе. В газетах появились восторженные статьи и приветственные стихотворения. Но морское ведомство, которое должно было первым приветствовать победу С. О. Макарова, хранило молчание, которое перешло затем в открытое обвинение вице-адмирала в том, что он напрасно построил корабль, «не способный… пробиться к полюсу собственным ходом».