"Витязь" обладал хорошей мореходностью и предназначался для дальних океанских рейдов. Командование флота предполагало направить корабль в кругосветное плавание. Макаров с воодушевлением начал готовиться к выходу в далекий рейс.
Всю зиму на "Витязе" проводились разного рода доделки и переделки. Корабль неподвижно стоял в устье замерзшей Невы, готовясь к выходу в море. Макаров и здесь дополнил свою службу интересным делом. С помощью приборов он стал измерять скорость течения Невы подо льдом на различных глубинах. Потом на заседании Географического общества сделал на эту тему сообщение, которое очень заинтересовало ученых, а позже было использовано в мореходстве.
31 августа 1886 года "Витязь" под командованием капитана первого ранга Макарова поднял якорь в Кронштадте и вышел в кругосветное плавание. Корабль был подготовлен к дальнему плаванию весьма тщательно: все было в порядке, все пригнано к месту до последней заклепки.
Уходя в долгий и опасный путь, он основательно позаботился о близких. И не только мужнино и родительское благословение оставил он. Макаров был практик, он твердо стоял на земле. Да, зрелый Пушкин тоже не гнушался торговаться с издателями: а почему бы нет, ведь у него была семья, за судьбу которой он нес всеобъемлющую ответственность... Макаров тоже предусмотрел все. Он оставил длинное наставление старшему брату Якову, где подробно перечислил, прося его содействия, незаконченные дела, свои и семейные, и заключил так: "Если со мной что случится, то окажи содействие жене в страховой премии и в назначении ей пенсии, на которую я имею право рассчитывать как по моим боевым заслугам, так и по тому, что флот пользуется безвозмездно многими моими изобретениями".
Еще одна "кругосветка" русского флота началась.
Во время плавания удалось собрать колоссальный научный материал по самым разнообразным вопросам. И душой всего этого дела был командир "Витязя". Впоследствии, когда итоги работы были обобщены и преданы гласности, в авторитетном заключении Российской академии наук было сказано: "Витязь" не готовился специально для научных исследований, и лишь благодаря почину командира, неутомимому его участию в работах и обдуманному руководству последними корвет доставил весьма ценный материал, обработанный автором с таким тщанием, что полученными результатами могла бы быть довольна и специально ученая экспедиция".
Семьянин по сути характера, Макаров очень скучал по дому. В ту пору плавания моряков нередко тянулись по году и более, но с каждой стоянки, из любого порта он слал жене подробные письма. Такие, например:
"Я с удовольствием думаю о том, когда мы, наконец, кончим наши военные затеи, и тогда я приеду к моей милой рыбке, которую я так давно не видел. Что поделывает моя маленькая дочка, которую мне так ужасно хочется видеть? Я думаю, что Оля совсем забыла, что у нее отец, и, вероятно, обо мне и не вспоминает". Надо знать натуру Макарова, чтобы понять его чувства к "милой рыбке", раз он даже готов ради нее скорее закончить свои "военные затеи"...
Макаров увлекался фотографией и во время плавания сделал многочислененые снимки (часть их сохранилась). На них запечатлены виды морей, которыми проходил "Витязь", гавани, проливы, острова, крепости, живописные группы туземцев. Кстати сказать, фотография была в ту пору делом новым, а фотографическая техника весьма несовершенной и капризной. Макарова же, как всегда, привлекало все новое. Как-то он приобрел немецкий аппарат (в России собственного производства их не было), проявлял и печатал сам.
Макаров, как обычно, с присущей ему аккуратностью вел дневник, так сказать, общего характера. Дневник этот сохранился, и о нем стоит сказать несколько слов, ибо он довольно хорошо характеризует его автора. Это был том из чистых листов бумаги большого формата. На них Макаров делал записи о ходе плавания, описывал увиденные страны и города, события, случившиеся на корабле.
Есть некоторые основания полагать, что у Макарова была мысль написать книгу о путешествии ("для массового читателя", как бы сейчас выразились). Постоянная занятость и преждевременная гибель на войне помешали ему выполнить свой замысел. Несомненно, что русская литература о путешествиях лишилась одного из интереснейших произведений.
Макаров в письме к жене рассказал о "приеме", устроенном в его честь "королем" острова Нукагава (в группе Маркизских островов). Сей монарх властвовал над целой тысячей полуголых подданных и носил пышный титул "великого вождя острова" (и полностью зависел от мелкого французского чиновника из колониальной администрации).