Была ещё одна сторона деятельности С.О. Макарова, о которой раньше не стремились вспоминать, — его участие в религиозной пропаганде. Корвет «Витязь» совершил два плавания с епископом, преподобным отцом Гурием для осмотра берегов Приморья (вместе с великим князем Александром Михайловичем) и наблюдения солнечного затмения в заливе Посьета, а также на Камчатку и Командорские острова. В ходе плавания посетив церковь в японском порту Хакодате, С.О. Макаров обратился с письмом в Синод к его обер-прокурору с предложением о расширении пропаганды православия в Японии. Это письмо было опубликовано отдельной брошюрой, и оно послужило началом кампании по сбору средств на строительство храма в Токио. Сейчас собор Никорай-до является одним из архитектурных памятников японской столицы.
Во время плавания корвет оказал помощь терпящим бедствие британским пароходам. В Красном море был обнаружен пароход «Стратмор» с повреждённым винтом Он был на буксире приведён в Суэц, и 5 мая наши моряки помогли пароходу у берегов Испании, за что получили благодарность британского Адмиралтейства.
Но, конечно, мировую славу «Витязю» принесли выполненные в ходе похода гидрологические измерения. Эти исследования велись попутно с решением других задач плавания. Так, когда корвет стоял в Лиссабоне, представляя Россию на государственном празднике страны, произвели исследования режима реки Тежу. Специальными гидрологическими наблюдениями были станции, на которых измерялись значения температуры воды на разных глубинах. Всего таких станций за плавание «Витязя» было более двухсот, но на их проведение за три года плавания потратили в общей сложности всего 5 суток. Гидрометеорологические измерения (давление воздуха, его температура и температура на поверхности воды) велись непрерывно, в некоторых случаях интервал между замерами составлял всего 15 минут.
После плавания Макаров приступил к обработке своих наблюдений, которые выполнялись им в свободное от службы время. Особое внимание он уделял достижению максимально возможной точности измерений и получению точных результатов наблюдений. Он говорил, что одно плохое наблюдение губит результаты 100 хороших. Пропуски не страшны, хуже, если их место заполняют воображаемыми величинами. Для снятия точных значений температуры морской воды он разработал методику наблюдений, позволяющую уменьшить влияние температуры батометра на конечный результат. Он первым обратил внимание на изменение поправок ареометров с течением времени. Проведённая по возвращении проверка поправок показала, что они изменились по сравнению с определёнными в начале похода. Оказалось, что, вытирая каждый раз после измерений прибор, постепенно стёрли слой стекла на нём! Поэтому пришлось пересчитать использовавшиеся таблицы температурных поправок плотности морской воды.
Поскольку наблюдений одного «Витязя» для получения всеобъемлющей картины процессов в северной части Тихого океана было недостаточно, были использованы записи вахтенных журналов портовых судов и военных кораблей, а также отчёты экспедиций, как отечественных, так и иностранных, проходивших через эти моря. Для получения более точных результатов обработки наблюдений Макаров уменьшил размеры квадратов на картах, куда вносились данные наблюдений для построения изолиний. По свидетельству Н.Н. Зубова, С.О. Макарову удалось совместить тонкие наблюдения, анализировать отдельные явления и обобщать результаты наблюдений и исследований. Макаров считал, что обобщения никогда не преждевременны — основываясь на большем или меньшем числе обобщений, оно полезно для проверки уже сделанного и правильности хода работ. Надо заметить, что навыки офицеров, особенно штурмана Игумнова, не пропали даром, в 1892 г. Макаров получил от адмирала Тыртова материалы с результатами новых наблюдений, произведённых на «Витязе» через интервал в четверть часа при плавании в Японском море.
Материалы были обработаны, и дело шло к изданию книги, обобщающей их. Предварительные результаты работы С.О. Макарова были обсуждены в ходе докладов в Кронштадтском морском собрании, физико-химическом обществе, Морском кадетском корпусе и изданы в виде брошюр. Это позволило обсудить спорные вопросы и устранить выявленные недостатки. Эти доклады затем отдельными главами вошли в итоговый труд адмирала. К ним, например, относился доклад «О трудах русских моряков по исследованию вод Северного Тихого океана», читанный в Морском кадетском корпусе. Экземпляр этой брошюры с дарственной надписью автора хранится в библиотеке ОИАК во Владивостоке.