Через полтора года службы Макаров был произведён в лейтенанты - случай небывалый в мирное время - и отправился в плавание в Тихий океан через Магелланов пролив и вернулся во Владивосток через 8 месяцев.
Затем Макарова переводят в Петербург, и 4 года он работает под непосредственным начальством адмирала Попова по обеспечению непотопляемости броненосных судов.
В 1876 году выяснилась неизбежность войны с Турцией, Макаров становится командиром парохода «Великий князь Константин», вооружает пароход быстроходными минными катерами, чтобы наносить ночные удары по стоящим на базах броненосцам с помощью шестовых мин; он вооружает пароход артиллерией. В августе 1877 года его катера повредили турецкий броненосец, а январе 1878 года в результате применения Макаровым «самодвижущихся мин» (торпед) впервые в истории было потоплено турецкое сторожевое судно на рейде Батума.
После окончания войны С.О.Макаровым была подана докладная записка о развитии минного дела, в которой он изложил основные принципы использования малых быстроходных кораблей. В ней он, в частности, писал: «Нации, владеющие большими флотами и живущие исключительно морскою торговлею, должны очень пожалеть о введении мин и быстроходных боевых судов. Напротив, державы континентальные со слабыми флотами от этих введений должны много выиграть».
А первый торпедный катер по настоянию Макарова был построен на николаевской судоверфи к лету 1878 года, но не успел принять участие в войне. Зато подобные катера хорошо зарекомендовали себя во время Великой Отечественной войны.
Но «самым блестящим делом Макарова было отвлечение неприятельского броненосца, назначенного сторожить отряд полковника Шелковникова (последнему предстояло отступить под давлением превосходящих сил турок по узкой дороге, шедшей по краю отвесного, возвышающегося над морем утёса). Макаров вызвал погоню броненосца за "Константином", а в это время Шелковников, незамеченный, провёл свой отряд без всяких потерь.
За блестящие действия парохода "Константин" Макаров получил высшие в его чине боевые награды (Георгия 4-й степени и золотое оружие с надписью «За храбрость» - В.Б.) и был, сверх того, произведён в чин капитан-лейтенанта, а затем капитана 2-го ранга и удостоен звания флигель-адъютанта...» (А.Н.Крылов).
В 1879 Макаров был награждён орденом Св.Станислава 2-й степени, а в 1895 году - награждён орденом Св.Анны 1-й степени.
8 января 1904 года Макаров, предвидя неизбежность войны с Японией, подаёт письмо управляющему морским министерством, где говорит о необходимости держать флот на внутреннем рейде Порт-Артура, а не на внешнем, как это тогда имело место. Ответ генерал-адмирала Алексея Александровича был таков: «Никакой войны не будет», но она началась в ближайшую ночь, и были выведены из строя броненосцы «Цесаревич» и «Ретвизан», крейсер
«Паллада». После этого 14 февраля С.О.Макаров был назначен командующим флотом в Тихом океане.
Но его деятельность в Порт-Артуре продолжалась менее двух месяцев. За это время им были предприняты решительные меры по наведению порядка, он поднял боевой дух среди команд, предпринял ряд действий, чтобы обезопасить флот и город от нападений японского флота, но ему приходилось также вести постоянную борьбу с наместником (адмиралом Е.А.Алексеевым), с сухопутным артиллерийским комитетом и Главным морским штабом.
Деятельность адмирала Макарова на посту командующего флотом на Тихом океане детально описана в романе А.С.Степанова «Порт-Артур» (на основе изучения множества документальных материалов), за который автор был удостоен Сталинской премии первой степени за 1943 и 1944 годы.
Автор даёт такое описание гибели адмирала Макарова и художника Верещагина, когда броненосец «Петропавловск» натолкнулся на мину и сдетонировал его боезапас: «"Петропавловск" медленно двигался перед Электрическим Утёсом... Вдруг на броненосце высоко в воздух взметнулся столб огня и жёлтого дыма... Дым закрыл весь броненосец, затем хлынул белый пар. Корма броненосца поднялась из воды, обнажив лопасти винтов, и корабль исчез с поверхности моря. Только не успевшее ещё разойтись облако пара и дыма указывало на место, где минуту назад был "Петропавловск" ».