2 октября "Витязь" вышел из Бреста и на следующий день попал в жестокий шторм: размахи корвета доходили до 35°. С.О. Макаров в своем рапорте великому князю Алексею Александровичу писал: "Анемометр, установленный на клотике бизань-мачты показывал на порывах скорости ветра 46 метров в секунду, что соответствует 12 баллам, но я. думаю, что оба наши анемометра вообще показывают большую силу ветра, чем в действительности, и что сила ветра на порывах не превосходила 11 баллов, высота волны 33 фута. Не зная еще, как корвет будет держаться в шторм, я пробовал ставить его против ветра и в бейдевинд, уменьшив ход до самого малого. Всякое увеличение хода было невозможно, так как корвет начинал принимать воду носом и бортами"[7].
Из-за аварии в машине "Витязь" 5 октября зашел в Ферроль. Неисправность была устранена силами экипажа, заодно привели в порядок поврежденный в результате шторма такелаж и 12 октября корвет опять вышел в море. В целом и корабль, и его экипаж с честью выдержали жестокое испытание штормом.
Уже с первых дней плавания С.О. Макаров занялся метеорологическими и гидрологическими измерениями и наблюдениями. В Балтийском, Северном морях и Ла-Манше определялись удельные веса и температура воды на различных глубинах, в океане на пути следования корвета - от поверхности до глубины 400 метров. Во время стоянки на реке Тахо на рейде Лиссабона одни сутки были посвящены на изучение течений в этом месте: наблюдения велись каждые два часа, причем скорость течения и удельный вес воды измерялись на всех глубинах, последовательно, через 5 метров, начиная с поверхности до дна реки.
На переходе через Атлантику из Лиссабона до Рио-де-Жанейро С.О. Макаров занялся изучением скорости пассатного ветра на разных высотах от поверхности моря.
Энтузиазм командира "Витязя" был поддержан офицерами корабля, которые принимали деятельное участие в многочисленных наблюдениях и опытах. С.О. Макаров с гордостью писал:
"Я очень рад, что встретил в господах офицерах большое сочувствие к различным гидрологическим и метеорологическим наблюдениям. Доктор медицины Шидловский работает с ареометром, мичмана Кербер и Шаховский считаются хозяевами: первый - барометра, второй — анемометра, что же касается старшего штурманского офицера подпоручика Розанова, то он работает с флюктометром, заведует добыванием воды и ведет общий журнал всем наблюдениям, приводя поправки, и вообще наблюдает за всеми работами"[8].
Постоянные исследования продолжались в течение всего длительного плавания "Витязя". Р.М. Мельников отмечает: "Гидрологические наблюдения, начатые С.О. Макаровым у о. Сескар в Финском заливе для сбора дополнительных материалов с целью вычисления разности уровней морей, омывающих Европу, вылились в систематические, почти трехлетние океанографические исследования мирового значения, поставившие "Витязь" в один ряд со знаменитым английским корветом "Челленджер", совершившим в 1872-1876 годах первое в мире специальное океанографическое плавание"[9].
При этом надо отметить, что все исследования С.О. Макаров производил по собственной инициативе, он не получил на научные исследования ни какого-либо дополнительного оборудования, ни каких-либо денежных средств. Степан Осипович с грустью писал о "довольно бедных инструментальных средствах". В распоряжении командира "Витязя" был следующий набор инструментов: термометр, барометр, ареометр (прибор для изучения солености воды), флюктометр (инструмент для изучения течений), анемометр. Во Владивостоке он смог раздобыть лот с кранами для добывания образцов грунта.
Исследования отличались тщательностью, системностью и проводились на высоком научном уровне: "Гидрологические наблюдения в океанах обнимали температуру и удельный вес морской воды на поверхности и на глубине до 800 метров; определялись течения на поверхности, собирались образцы воды. Сверх того, в реках и вблизи берегов наблюдалась скорость течений на разных глубинах, измерялись глубины, добывались образцы грунта и экземпляры животных. Наблюдения на поверхности воды производились шесть раз в сутки, одновременно с метеорологическими; в проливах же, в устьях рек, на границах течений наблюдения учащались и делались по временам каждый час, а иногда через каждые К) или даже 5 минут. На глубоководных станциях (то есть остановках корабля для взятия проб воды - Прим, автора) числом до 261, температура и удельный вес определялись на глубинах 25, 50, 100, 200, 400, а иногда и на 800 метров"[10].
Помимо боевой подготовки личного состава и научных исследований, С.О. Макаров находил время для усовершенствования технических систем вверенного ему корабля. Еще в Кронштадте по предложению Степана Осиповича было устроено приспособление для провода отработанного пара вспомогательной машины в цилиндр высокого давления главной паровой машины корвета. Это позволяло экономить уголь на малом и среднем ходу.