Результатом босфорских исследований Макарова явилась его работа «Об обмене вод Черного и Средиземного морей». Напечатанное в «Записках Академии наук», это исследование было в 1885 году удостоено премии, присуждавшейся Академией наук. Общие выводы всех своих наблюдений Макаров резюмировал в двенадцати положениях, наиболее существенными из которых являются следующие:
1) в Босфоре существуют два течения: верхнее — из Черного моря в Мраморное и нижнее — из Мраморного моря в Черное;
2) нижнее течение происходит от разности удельных весов вод Черного и Мраморного морей. Тяжелая вода Мраморного моря производит на нижние слои большее давление, чем легкая вода Черного моря на тех же глубинах, и это побуждает воду стремиться из области большого давления в область малого;
3) разность удельных весов происходит оттого, что реки и дожди дают Черному морю больше пресной воды, чем испарения из него уносят;
5) верхнее течение происходит от разности уровней двух морей;
12) разность уровней Черного и Мраморного морей должна быть около 1 фута 5 дюймов.
Труд Макарова, в полном смысле классический, остается и до сих пор самым полным решением вопроса о течениях на Босфоре. Академик Ю. М. Шокальский считал работу Макарова замечательной не только по своей новизне, но и потому, что автор исследовал все источники ошибок собственных наблюдений и сделал ясные и неоспоримые выводы. Эта работа сразу выдвинула Степана Осиповича Макарова на видное место среди современных ему океанологов.
По возвращении в Россию Макаров прочел ряд публичных лекций о своих исследованиях в Босфоре.
Макаров был прекрасный популяризатор, он умел будить мысль и заинтересовывать слушателей. Прочитанная им 25 февраля 1886 года в Кронштадтском морском собрании лекция на тему «О двойственных течениях в проливах» собрала полный зал. Его лекции представляли собой пропаганду научных знаний. Он умел увлечь слушателей рассказом о неразрешенных еще заманчивых тайнах в науке о море. Не только отдельные океаны, говорил Макаров, но и известные моря остаются еще почти совершенно неисследованными. Ничего неизвестно, например, о распределении температур и удельного веса воды в Каспийском море и даже в Финском заливе. Обращаясь к прошлому, Макаров отмечал, что когда-то все обстояло иначе: лучшие силы флота занимались разработкой вопросов гидрологии и астрономии. И Макаров вспоминал имена таких русских моряков-исследователей, как Крузенштерн, Коцебу, Беллинсгаузен, Лазарев, Анжу, Врангель и другие. Теперь же все силы моряков уходят на изучение артиллерии, минного дела, электротехники, механики и прочего. Столь близкое для моряка море забыто. Нужно пробудить интерес к изучению моря, нужно рекомендовать моряку гидрологию с ее неизученными еще областями.
Таким призывом заканчивались обычно лекции Макарова, посвященные изучению моря.
Летом 1882 года Макаров был назначен флаг-офицером начальника отряда шхерных кораблей Балтийского моря контр-адмирала Шмидта. Работы у Макарова оказалось много. Он устанавливает систему створов и знаков для обозначения шхерных фарватеров и принимает деятельное участие в перевозке на военных судах крупных соединений войск всех родов оружия из окрестностей Петербурга в различные районы финского побережья. Еще будучи командиром «Константина», Макаров осуществлял транспортировку войск и поэтому со своим последним заданием справился весьма успешно.
К этому же времени относится важная работа С. О. Макарова по составлению плана реорганизации Кронштадтского порта на случай мобилизации всех военно-морских сил и изобретение им способа быстрого разведения паров, который тогда же был введен на флоте.
Зимой 1882/83 года Макаров был занят обработкой добытого на Босфоре гидрологического материала. Одновременно он разрабатывал проект организации пароходства по рекам Аму-Дарье, Сыр-Дарье и Аральскому морю, вел переписку с различными судостроительными фирмами, замышлял проектирование мелкосидящего парохода для среднеазиатских рек, собирал сведения о размерах и возможностях местной торговли. Не забывал он также и нефтяное дело, заинтересовавшее его во время Ахал-Текинского похода.
В этот период дарование Макарова развертывается во всю ширь. Он работает необычайно много и продуктивно. Только закончив одно дело, он немедленно принимается за другое. Его изобретательный ум рождает все новые и новые замыслы и проекты.
Макаров был замечательным изобретателем, и это хорошо знали на флоте. В феврале 1886 года морской министр И. А. Шестаков предложил Степану Осиповичу представить записку с перечнем и кратким объяснением главнейших сделанных им изобретений и предложений. Эта записка подводит итог всему тому, что было сделано Макаровым с начала его службы на флоте до 1886 года для усовершенствования боевого отечественного флота, в различных отраслях военно-морского дела. Одновременно записка дает возможность ярко представить себе, в каких условиях приходилось жить и работать этому замечательному человеку, в большинстве случаев не встречавшему поддержки. Казалось, что все, что делал Макаров, не интересовало равнодушное морское министерство, которое вспоминало о Макарове, точнее, о плодах его изобретательской деятельности только в тех случаях, когда жизнь хватала за горло, когда не знали, как выйти из затруднительного положения собственными силами. В таких случаях обращались к Макарову, просили помощи.
В представленной Шестакову записке Макаров перечисляет изобретения, сделанные им в области непотопляемости судов. Сюда относятся: его знаменитый пластырь, магистральная труба, общая труба, горловины, непроницаемые двери и таранный пластырь. В области минного дела он упоминает о минном плотике, впусковых трубах, о постановке сфероконических мин, автоматическом регуляторе углубления, о минных и буксирных шестах, о крылатой мине и минном таране. В кораблестроении выделяются следующие его работы: заострение на кораблях штевней, введение заднего руля у миноносок, постройка по чертежам Макарова катеров «Удачный» и «Меч», приспособление для подъема на палубу катеров с машинами и котлами и, наконец, разработанные им быстро устанавливающиеся шлюпбалки на торговых пароходах. Для производства гидрографических работ Макаров изобрел аппарат для наблюдений над течениями на глубинах, названный им флютометром, и предложил эволюционную картушку с исправленными румбами. По части артиллерии им изысканы средства для стрельбы на волнении и изобретена мортирная платформа на пружинах. В области пароходной механики Макаров первым ввел на паровых катерах нефтяное отопление и установил на них же небольшие опреснители, предназначенные служить одновременно и судовыми камбузами. Особенно много изобретений было сделано Макаровым во время кругосветного плавания на «Витязе». Сюда относятся водоохладители, эжекторы для усиления циркуляции воды с возможно меньшим расходом пара, боевые угольные ямы, значительно упрощавшие подачу угля во время боя.
