Интересно отметить, что уже в 1867 г. он напечатал в «Морском сборнике» свою первую статью «Инструмент Аткинса для определения девиации в море». В первом же офицерском плавании, на броненосной лодке «Русалка» в 1869 г., Макаров начинает свои занятия вопросом о непотопляемости морских судов; поводом к ним послужила авария «Русалки», коснувшейся в шхерах камня, причем, несмотря на небольшую прибыль воды, лодка едва не затонула и спаслась только постановкой на мель. Макаров подробно разобрал этот случай, доказав несовершенство принятой водоотливной системы, и указал способы ее исправления; работа эта, напечатанная в 1870 г. в «Морском сборнике», нашла справедливую оценку: начальник броненосной эскадры адмирал Г. И. Бутаков представил молодого мичмана к производству за отличие в следующий чин, что и последовало 1 января 1871 г. Однако, несмотря на всю здравость предложений Макарова, большинство его мыслей не получило осуществления (принят был только Макаровский пластырь), и только следующая авария с фрегатом «Адмирал Лазарев» подвинула дело вперед. С этого времени Макаров не оставлял вопроса о непотопляемости судов: где и как только возможно, он пропагандировал свои взгляды и, наконец, перед самой смертью добился того, что в Минном офицерском классе в 1904 г. началось чтение курса по непотопляемости. Макаров оставил целый ряд талантливых работ в этой области. В одной из них, в 1886 г., он писал глубоко верные и для настоящего времени слова: «Несмотря на всю важность непотопляемости, она составляет больное место на судах всех флотов. Корабельные инженеры, ставящие переборки, – не специалисты в помпах, а механики, занимающиеся помпами, – не хотят понять переборок. Флотские же офицеры считают, что это дело техники. Ни те, ни другие, ни третьи не любят непотопляемости и сопряженного с нею лазанья по трюмам, которое не только тяжело, но и вредно для здоровья». Из требований, предъявляемых к судостроению, особо важным Макаров считал пробу водонепроницаемости корабля действительным опытом, заливая каждое отделение водой до ватерлинии, когда уже поставлены на место машины, проведены все трубы и т. п. (такую пробу впервые Макаров применил при постройке «Ермака»); затем следует указать на предложение Макарова устроить специальное «водяное» судно для производства учений. «Человек так создан, – писал он в статье „Средства против потопления судов“, – что он пойдет на верную смерть, когда опасность ему знакома; но его пугает даже шум трюмной воды, если он к нему не привык. Приучите людей к этому шуму, и они будут бороться с пробоинами до последней крайности».
Война 1877–1878 гг. выдвигает Макарова как боевого офицера. Еще осенью 1876 г. он подает свой проект на случай военных действий, в котором предлагает снабдить быстроходный пароход паровыми катерами с минным вооружением и приспособить их к подъему на боканцах, с тем, чтобы подходить по возможности к месту стоянки неприятельских судов, спускать минные катера и, пользуясь темнотой ночи, атаковать неприятеля; проект этот, замечательный по смелости замысла, был одобрен великим князем Константином Николаевичем и 13 декабря 1876 г. 28-летнему лейтенанту Макарову был дан в командование пароход «Великий Князь Константин», на котором он должен был привести свой план в исполнение. В течение 4-х месяцев шла трудная подготовительная работа, душой которой был Макаров; входя во все мелочи, он заботился не только о морских качествах своего корабля, но сам усовершенствовал типы нового оружия, мины: видоизменил шестовые и предложил новые подкильные или бросательные мины, а также крылатки, ввел кормовой шест и т. п. «Трудно бывало по временам, бесспорно, – пишет один из участников совместной работы с Макаровым, – но труд не казался особенно тяжелым, потому что делался с убеждением и имел целью только полезную сторону дела».