После успешной сдачи экзаменов Макарова назначают на Тихоокеанскую эскадру. На флагмане «Аскольд» он совершает плавание в Кронштадт, где становится гардемарином, а в 1869 году произведён в первый офицерский чин — мичмана — и назначен на броненосную лодку «Русалка». Здесь впервые выявляются его качества вдумчивого исследователя и практика.
Осенью, в конце кампании 1869 года, «Русалка» маневрировала в финских шхерах и коснулась днищем каменной банки. Произошло это на малом ходу, никто даже не почувствовал толчка. Однако командир приказал осмотреть все трюмы. «Русалка» имела двойное дно. Внутреннее оказалось целым, но когда отдраили носовую горловину, из междудонного пространства хлынула вода. Стало ясно — в днище пробоина, но где и каких размеров, определить сразу было нельзя. В то время начала железного кораблестроения корабли старались конструировать попрочнее, и проникнуть в трюм было практически невозможно. Командир принял верное решение — осторожно подвёл лодку к мелководью и «легко» посадил на мель. Много часов ушло на отыскание пробоины, изготовление пластыря и заделку пробоины. Случись авария в открытом море, «Русалка» наверняка бы затонула. Кроме того, почти глухое второе дно закрыло доступ к отсеку с пробоиной. Чтобы откачать воду помпами, пришлось искать обходные пути. Авария на «Русалке» поразила Макарова. В обычных условиях команда не была готова к немедленным действиям — борьбе за живучесть корабля. Тем более что в эту кампанию произошла катастрофа — фрегат «Олег» столкнулся с броненосной батареей «Кремль», получил большую пробоину и пошёл ко дну. Под рукой не оказалось ни водоотливных средств, ни, главное, готового пластыря для заделки пробоины. Не откладывая, Макаров делает необходимые расчёты и в этом же году излагает свои мысли в первой научной работе «Броненосная лодка „Русалка“. Исследования плавучести и средства, предлагаемые для её устранения». Просто и доходчиво молодой мичман показывает: для успеха в борьбе за жизнь корабля надо заранее изготовить добротный пластырь из парусины для заделки пробоины, а для быстрой откачки воды вдоль всего днища проложить трубу с отводами и в нужный момент быстро подключать к ним насосы из машинного отделения. Но от работы Макарова морские чиновники отмахнулись, как от предложения даровитого мичмана «из низов». Но всё же Макаров не бросил задуманное и отнёс свою работу в виде статьи в журнал «Морской сборник». Печатное слово возымело действие. Скоро в газете одобрительно отзываются о проекте, и Макаров решается поделиться мыслями с начальником броненосной эскадры Балтийского флота вице-адмиралом Григорием Бутаковым. Бутаков сразу понял и оценил практическую важность для флота предложений Макарова и встал на его защиту. С первой встречи с Бутаковым Макаров проникся идеями адмирала и на всю жизнь стал талантливым учеником «бутаковской школы». Спустя небольшое время «пластырь Макарова» рекомендовали применять командирам всех русских судов, и этот метод предотвратил не одну катастрофу на море.