Макаров стал героем русско-турецкой войны 1877–1878 гг., в ночь на 14 января 1878 г. атаковал торпедами турецкий сторожевой пароход «Интибах» на батумском рейде и потопил его, впервые в мире успешно применив торпедное оружие. Как и большинство русских людей, С. О. Макаров воспринимал эту войну как благородное дело освобождения славян на Балканах. «Быть военным моряком и оставаться в стороне от большой справедливой войны — не самая яркая строка в офицерском послужном списке», — говорил он.

Через 20 лет после горького крымского поражения, когда вновь началась война между Турцией и Россией. Еще до начала новой турецкой кампании в октябре 1876 г. Степан Осипович добился назначения на Черноморский флот, и 13 декабря вступил в командование вооруженным пароходом «Великий князь Константин», ставшим базой минных катеров.

В апреле 1877 г. «Константин» вышел на поиск противника. Его оружием были паровые катера, на носу которых на шесте крепились мины. Подойти под огнем к турецким кораблям, взорвать их и умудриться остаться невредимым и вернуться назад — для этого требовалось не только громадное мужество, но и отточенное флотское мастерство. Все это команда «Константина» продемонстрировала в полной мере. Взорваны два броненосца, потоплено около десятка грузовых судов. В ночь на 1 мая 1877 г. Макаров произвел атаку четырьмя минными катерами сторожевого турецкого судна на Батумском рейде. В ночь на 29 мая совершил нападение минными катерами парохода «Константин» на турецкие корабли на Сулинском рейде. 12 августа у Сухума совершил нападение минными катерами парохода «Константин» на турецкие корабли, повредив броненосец «Шевкет». В ночь на 16 декабря совершил нападение на турецкие броненосцы у Батума; во время атаки Макаров впервые в мире применил торпеды, потопив турецкий сторожевик «Интибах». Это лейтенанту Макарову принадлежала дерзкая идея погрузить минные катера на быстроходные торговые пароходы и атаковать турок прямо в бухтах. Успешные минные и первые в мире торпедные атаки, осуществленные Макаровым, парализовали турецкий флот. Войну Макаров закончил капитаном 2 ранга, кавалером нескольких боевых орденов, в том числе Святого Георгия 4-й степени, и золотого оружия «За храбрость».

После победоносного окончания этой последней в истории империи русско-турецкой войны Макаров озабочен позициями России на Черноморском побережье, проблемой овладения ею всем бассейном. Он постоянно высказывается в пользу «сильного броненосного флота», состоящего из кораблей с возможно толстой броней, мощной артиллерией и минными катерами на борту, способных бороться с турецкими и иностранными, в первую очередь английскими, броненосцами.

Предложения Макарова с некоторыми изменениями были приняты. Его карьера развивается успешно: он пожалован военно-придворным званием флигель-адъютанта свиты Его величества, причислен к Гвардейскому экипажу, назначен командиром отряда миноносок, ему прочат командование царской яхтой «Ливадия». Но герой турецкой войны М. Д. Скобелев предлагает ему возглавить морское обеспечение Ахал-Текинской военной экспедиции, и Макаров бросает светский Петербург, уезжает на Каспий, становится заведующим морской частью при войсках, действовавших в Закаспийском крае (с 1 мая 1879 г. по 21 мая 1881 г.).

Под его командой более сотни малотоннажных судов и широкий круг задач — от организации снабжения водным путем из Астрахани в Красноводск до создания портов и баз на берегах Каспийского моря. С новыми обязанностями Макаров справился блестяще. О его большом вкладе в успех военной экспедиции свидетельствует то, что после совместного участия в Ахал-Текинском походе два героя русско-турецкой войны — возглавлявший экспедицию генерал Михаил Дмитриевич Скобелев и Степан Осипович Макаров — обменялись на прощание Георгиевскими крестами (своеобразный вариант братания у георгиевских кавалеров). Макаров никогда не расставался с этой наградой; именно принадлежавший Скобелеву крест ордена Св. Георгия 4-й ст. украшал грудь Макарова в момент его гибели в 1904 г.

В октябре 1881 г. Макаров оказался в Константинополе, куда был назначен командиром российского корабля-стационера «Тамань». Назначение было с дипломатическим подтекстом — в последней войне Макаров нанес военно-морским силам Турции существенный урон. Служебные обязанности для командира стационера были необременительными и больше сводились к дипломатическому представительству. Не привыкший сидеть без дела Степан Осипович занялся изучением течений в проливе Босфор. Результат исследований стал научной сенсацией — в проливе на различных уровнях два противоположных течения: верхнее из Черного моря, а нижнее из Мраморного. В случае новой войны его открытие позволяло провести быстрое и эффективное минирование Босфора. Признанием же чисто научной заслуги моряка стало присуждение ему Академией наук престижной премии митрополита Макария.

Кроме парохода «Тамань» (1881–1882 гг.), Макаров командовал фрегатом «Князь Пожарский» (1885 г.), а затем — корветом «Витязь» (1886–1889 гг.), на котором совершил кругосветное плавание. С. О. Макаров внес значительный вклад в развитие отечественной океанографии, в том числе и аппаратных исследований Мирового океана, им был сконструирован один из первых надежных батометров (прибор для взятия проб воды с различных глубин).

17 сентября 1885 г. Макаров назначен командиром корвета «Витязь». Командуя им, с 24 мая 1886 г. по 25 июня 1889 г. находился в кругосветном плавании. «Витязь» почти три года бороздил океанские просторы, и все это время Макаров вместе с экипажем проводил в Тихом океане обширные и многочисленные научные исследования, опубликовав затем двухтомный труд «Витязь» и Тихий океан», получивший высокую оценку в научных кругах и вошедший в золотой фонд мировой морской науки. Когда в 1889 г. Макаров вернулся из кругосветного плавания на корвете «Витязь», его заслуги уже нашли признание со стороны российских ученых. Академия наук отметила его Макариевской премией (1887 г.) за исследования вод Средиземного моря и Тихого океана, а Русское географическое общество наградило золотой медалью. Будущий флотоводец утверждал, что исследовательская деятельность полезна и даже обязательна для моряков военных кораблей — она не только расширяет кругозор, но и учит действовать в боевой обстановке.

Постоянная деятельность не просто обязательный, а единственно возможный образ жизни для Макарова. «От работы, даже направленной по ложному пути, даже от такой, которую пришлось бросить, остается опыт. От безделья, хотя бы вызванного самыми справедливыми сомнениями в целесообразности дела, ничего не остается». И как итог, как главный завет адмирала: «Проводи каждый день так, как если бы это была вся твоя жизнь».

Даже в короткий сухопутный отпуск Степан Осипович вспоминает море. Его привлекала красота и стройность парусных кораблей. Как все настоящие моряки, он любил корабли самой сильной и самой пылкой любовью. Она видна в каждом поступке, каждом дне жизни Макарова. «Будущим морякам предстоит плавать не с теми кораблями и не с теми средствами, но можно пожелать, чтобы в них была та же любовь к изучению природы, чтобы они были создателями рукотворного мира освоенных человеком океанских просторов, которые сделали людей еще богаче, еще счастливее», — говорил он. Океанская стихия была подлинной страстью Макарова. «В море — значит дома», «В море я у себя дома, а на берегу в гостях», — это его слова. «Даже в тихой деревенской жизни… я мечтаю по временам о море; тогда забываются все неудобства и представляется одна светлая сторона: туго натянутые паруса, педантическая чистота, ловкая, веселая команда, великолепные шлюпки с парусами, вымытые лучше дамских манишек, и звонкая команда вахтенного лейтенанта».