31 августа 1886 года «Витязь» отправляется из Кронштадта в кругосветное плавание. Посетив Мадейру, острова Зелёного мыса, Рио-де-Жанейро и благополучно пройдя Магелланов пролив, корвет через четыре месяца вышел в Тихий океан. Из Вальпараисо «Витязь» направился в Иокогаму, останавливаясь по пути на Маркизовых и Сандвичевых островах. Побывав в Японии, корабль вошёл в состав Тихоокеанской эскадры. Полгода «Витязь» тщательно обследует Дальневосточное побережье, обходит порты и гавани Охотского моря, Камчатки, посещает острова Беринга и Медный… Цель этого плавания — выяснить и определить пригодность их к базированию кораблей на случай войны.
Во время болезни адмирала А. Корнилова, Макаров временно назначается командующим эскадрой. Макаров знал, что рано или поздно неизбежно столкновение с Японией. До прибытия «Витязя» подготовка кораблей шла вяло, по-казённому. Став во главе эскадры, Макаров немедленно принялся за боевую подготовку, приближённую к реальным условиям войны. В непогоду, днём и ночью он учит тому, что может быть на войне. В эту пору родился его знаменитый призыв-завет: «Помни войну…» Обратно в Россию корвет отправился через Индийский океан, Суэцкий канал, Средиземное море. 20 мая 1889 года «Витязь» стал на якорь на Большом Кронштадтском рейде. Почти 1000 дней находился корвет в десятках стран, пересёк океан, добрый десяток морей. Его экипаж провёл тысячи наблюдений и замеров окружающей среды. Все они были тщательно обработаны и проанализированы Макаровым и легли в основу его капитального труда «„Витязь“ в Тихом океане».
В 1890 году «за отличие по службе» он был произведён в контр-адмиралы. На следующий год его назначили инспектором морской артиллерии, и тогда же за свой труд «„Витязь“ в Тихом океане» он удостоился Академией наук престижной Макарьевской премии и Золотой медали Русского географического общества. В 1894–1896 годах Степан Осипович совершил второе кругосветное путешествие: в конце 1894 года из Петербурга он прибыл в Средиземное море, а в 1895 году перешёл на кораблях объединённой Тихоокеанской эскадры через Суэцкий канал на Дальний Восток. Получив назначение старшего флагмана дивизии Балтийского флота, перешёл через Тихий океан в Северную Америку, по сухопутью пересёк её и Атлантическим океаном вернулся на родину. В 1896–1897 годах выступал перед военными моряками с лекциями «Рассуждения по вопросам морской тактики»[37], в которых излагал прогрессивные взгляды на развитие Российского военно-морского флота. Тогда же начал усиленно заниматься проблемами освоения Арктики с помощью ледоколов.