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».
«Если мы спросим Европу о разрешении захватить Константинополь, то она не согласится, но если мы захватим Босфор со всем флотом и через две недели будем иметь 100 тысяч войска для поддержания наших справедливых требований, то Европа, мирящаяся с силой и фактами, не захочет еще более усложнять Восточного вопроса»
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.