Среди тяжелых и опасных трудов, когда все держалось одним адмиралом, Макаров не забывает воздействовать на боевой дух личного состава: на 3-й же день своего пребывания в Порт-Артуре он выходит на маленьком «Новике» на выручку миноносца «Стерегущий» и этим актом, не имевшим даже реального результата, сразу вселяет веру в свои действия и распоряжения. Не забывая торжественно наградить отличившихся в боях, простыми теплыми словами Макаров поднимает в команде энергию для дальнейших подвигов. Все действия Макарова в Порт-Артуре говорят за то, что он шел по верному пути, конечной целью которого было научить личный состав побеждать.
Из военных действий при нем произошли бой миноносцев у Ляотешана, гибель «Стерегущего», 2 бомбардировки из-за Ляотешана, отражение 1-й атаки японских пароходов для заграждения входа в Порт-Артур, уничтожение «Новиком» японского парохода. За время командования Макаровым эскадра выходила в море 6 раз (за все остальное время 3 раза), и последний выход был роковым для Степана Осиповича: он кончился гибелью «Петропавловска».
Накануне вечером (30 марта) Макаров выслал отряд миноносцев для обследования острова Эллиот, а наутро, узнав о том, что один из миноносцев, «Страшный», расстреливается японцами, выслал ему на выручку «Баян» и вышел сам на «Петропавловске» с целыми судами эскадры. Отогнав неприятеля в море (миноносец спасти не удалось), Макаров встретил главные силы японцев и вернулся к Порт-Артуру, где в 2 ½ милях от берега «Петропавловск» наткнулся на минную банку, поставленную накануне ночью японцами; последовал взрыв, и броненосец немедленно пошел ко дну. От Макарова осталось одно пальто; по свидетельству немногих очевидцев, адмирал был убит обломками падавшей мачты.
Гибель любимого вождя произвела ошеломляющее впечатление на эскадру; офицеры и матросы поняли, что с Макаровым они теряют последнюю надежду на улучшение положения; последовавшая действительность показала, что они не ошиблись. На место Макарова вступили адмиралы Алексеев, Скрыдлов и Витгефт, но ни одному из них не удалось заставить эскадру поверить в себя как в вождя.
На гибель Макарова откликнулись не только в России, но и за границей, и даже в самой Японии. «Вся Россия со мною оплакивает безвременную кончину адмирала Макарова», писал государь адмиралу Алексееву. «Смерть адмирала Макарова – большая потеря для моряков всего мира», телеграфировал император Вильгельм. Японцы посвятили его деятельности следующие глубоко справедливые слова: «С самого приезда своего в Порт-Артур, в начале марта, он деятельно принялся за работу: привел в порядок побитую и расстроенную эскадру,