Перед началом русско?турецкой войны 1877–1878 годов лейтенанта Макарова направили на Черноморский флот, где он получил в командование пароход «Великий князь Константин», вооружил его шестовыми минами и артиллерией. Главным орудием судна стали 4 минных катера, на которых смелые моряки атаковывали турецкие броненосцы на их базах. Вскоре после начала войны «Великий князь Константин» первым отправился в море. В ночь на 1 мая Макаров атаковал турецкий пароход на рейде Батума крылатой миной своего изобретения. Возвратившись, лейтенант для увеличения скорости окрасил дно парохода и выходил к турецким берегам, но не встретил неприятеля. В ночь на 29 мая 6 минных катеров с «Константина» атаковали и повредили на рейде Сулина турецкий броненосец «Иджалие». В июне Макаров сжег 4 судна у турецких берегов.
Макаров не успокоился на достигнутом. Он добился получения мин Уайтхэда (торпед), в то время новинки. В начале июля у Макарова были торпеды и собственное предложение по их применению, вытекавшее из боевого опыта. Степан Осипович предполагал первоначально атаковывать броненосец торпедами; если же торпеда взрывалась не у борта корабля, а разрушала бон, защищавший стоянку, в пролом должны были идти катера с шестовыми минами.
Макаров оборудовал пусковыми установками 2 катера, однако в первом августовском походе волнами сорвало торпеду с отдельным плотиком, а из второй торпеды, бывшей в трубе под килем катера, вышел сжатый воздух, так как при волнении моря открылся клапан. Этот эпизод послужил хорошим уроком. К декабрю на «Константине» установили насос для подкачки торпед сжатым воздухом, были переоборудованы пусковая труба и плотик, получены новые мины Уайтхэда. Старший машинист парохода Стуков стал специалистом по сборке и разборке торпед.
Не раз Макаров выходил в крейсерство, уничтожил еще 4 турецких судна. 4 августа своим появлением «Константин» отвлек турецкие броненосцы далеко от берега, позволив колонне русских войск миновать опасный проход у Гагр. 11 августа катера с «Константина» «крылатками» атаковали броненосец на рейде Сухума. Позднее стало известно, что турецкий корабль получил серьезные повреждения, но не был потоплен.
Несколько недель «Великий князь Константин» развозил грузы и провиант по портам Черного моря, прорывая турецкую блокаду. Лишь 15 декабря 1877 года Макаров вышел из Сочи в боевой поход. В сумерки корабль подошел к Поти, где Макаров узнал, что на рейде Батума стоят 6 турецких кораблей. «Константин» направился к Батуму. В ночь на 16 декабря минные катера выпустили две торпеды по неприятельским броненосцам у берега. Были слышны два взрыва.
С.О. Макарова произвели в капитаны 2?го ранга; считали, что по крайней мере один неприятельский корабль поврежден. Однако в январе 1878 года «Таймс» поместила сообщение, что в Батуме обнаружены части невзорвавшихся торпед. После войны Уайтхэд приобрел их и выставил в своем музее, а русскому военному агенту передал данные технического заключения, из которого следовало, что одна из торпед, пройдя мимо цели, выбежала на берег и не взорвалась при ударе о песок. Вторая, ударившись об якорь?цепь, разломилась, и ее головная часть взорвалась на грунте.
До начала января пароход использовали как быстроходный блокадопрорыватель, снабжавший войска на Кавказе продовольствием. В январе «Великий князь Константин» вновь направили к побережью Кавказа. В ночь на 14 января катера «Чесма» и «Синоп» с лучшими специалистами ночных минных атак — Зацаренным и Шешинским нашли в тумане рейд Батума и двумя торпедами потопили «Интибах» — сторожевой пароход водоизмещением 700 тонн. Это была первая в мире успешная торпедная атака.
После войны Макаров командовал отрядом миноносок на Балтике, в 1880–1881 годах состоял начальником морской части при генерале Скобелеве в Ахал?Текинской экспедиции. Командиром стационера «Тамань» в Константинополе он в 1881–1882 годах проводил исследования течения в проливе Босфор и установил наличие глубинного противотечения. За работу «Об обмене вод Черного и Средиземного морей» моряк был удостоен в 1887 году неполной (второй) Макарьевской премии. Назначенный в 1883 году флаг?капитаном практической эскадры Балтийского флота, Макаров вернулся к вопросам непотопляемости. Он читал лекции, написал несколько статей. Разбирая боевые качества корабля, моряк выделил в качестве оборонительных его свойств, кроме непотопляемости, неуязвимость (способность оставаться невредимым от неприятельских ударов) и живучесть (способность продолжать бой, имея повреждения в различных боевых частях). Ныне борьба за живучесть корабля во многом основывается на положениях, высказанных Макаровым свыше ста лет назад.