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».
В Финском заливе «Ермак» спас от гибели броненосец «Генерал — адмирал Апраксин», севший на мель близ острова Гогланд и скованный льдами. Во время спасательных работ на «Ермаке» впервые применялся радиотелеграф, изобретенный А. С. Поповым. Дважды ходил С. О. Макаров на «Ермаке» в большие плавания по Северному Ледовитому океану. Здесь, на ледоколе, так же как и в свое время на «Витязе», все было тщательно приспособлено для большой исследовательской работы. Этот корабль, построенный по указаниям С. О. Макарова, воплотил в себе макаровский стиль и, в частности, ту простоту и целесообразность всех деталей, на которой категорически настаивал Степан Осипович в своих работах. На «Ермаке» на каждом шагу видны новые приспособления, тщательно продуманные и испытанные С. О. Макаровым. Применены тут и цистерны, успокаивающие боковую качку, и вспомогательные паровые машинки, и специальная аппаратура для океанографических работ, например самопишущий термометр, приспособленный для непрерывной регистрации температуры поверхностной морской воды; этот прибор был сконструирован С. О. Макаровым еще на «Витязе» и затем построен по его указаниям известным французским конструктором Ришаром. К привычным исследованиям, которые проводил С. О. Макаров на «Витязе», на «Ермаке», добавились исследования льдов.
Производя непрерывную кинематографическую съемку перемещений «Ермака», атакующего ледяное препятствие,