В 1909 году Эссен — начальник морских сил Балтийского моря, с 1911 года — командующий флотом Балтийского моря. Он добился коренной перестройки деятельности всех учреждений, поставив их на службу потребностям действующего флота. Показал себя прямым последователем идей С.О. Макарова, руководил разработкой и принятием в 1912 году плана действия флота на случай войны, созданием минно-артиллерийских позиций для обороны петербургского направления.
Командуя Балтийским флотом, еще в 1912 году вице-адмирал Эссен предвидел главенствующую роль флота в будущей войне и в связи с этим обратился в Государственную Думу с письмом, в котором указывал, «что всякое отклонение вопроса о создании флота убьет дух личного состава и тогда не создать России флота, каких бы трудов и денег на это не жертвовали... Линейный флот, укрепленная база и сильная подвижная минная оборона — вот три фактора, без которых немыслимо думать о какой-либо обороне Балтийского побережья».
В 1913 году Николай Оттович был удостоен звания полного адмирала. Он упорно и плодотворно трудился над разработкой плана действий Балтийского флота в войне и успешно руководил его осуществлением в начале Первой мировой.