В 1902 году, приняв построенный в Германии быстроходный крейсер 2?го ранга «Новик», моряк перешел на Тихий океан. Мужество и умение капитан 2?го ранга продемонстрировал уже в первый день русско?японской войны 1904–1905 годов. Командир «Новика», посланный в разведку, на свой страх и риск атаковал японский крейсер «Якумо» и выпустил торпеду, которая прошла вблизи крейсера. «Новик» получил попадание 8?дюймового снаряда, но смог повернуть и уйти на базу. Этот смелый шаг на фоне неудач оказался очень заметен. За бой 27 января 1904 года моряка наградили золотым оружием.
Принявший командование эскадрой вице?адмирал С.О. Макаров поднял свой флаг на быстроходном крейсере и вышел на нем в море. Ему импонировал решительный и знающий моряк. Когда из?за столкновения эскадренных броненосцев «Пересвет» и «Севастополь» Макаров решил сменить командира последнего, он 16 марта 1904 года назначил на эту должность Эссена. Николай Оттович не был в восторге от перевода с быстроходного крейсера на неповоротливый броненосец. Тем не менее корабль уже через две недели был готов к действиям и стал одной из активнейших боевых единиц в обороне Порт?Артура. 2 апреля, в частности, его орудия главного калибра вели огонь через Ляотешаньский горный массив по японской эскадре. Корректировка позволила пристреляться, и, когда русские снаряды стали ложиться слишком близко, японцы удалились.
Когда после гибели Макарова командование эскадрой принял контр?адмирал В.К. Витгефт, поднявший флаг на «Севастополе», произведенный в капитаны 1?го ранга Эссен стал одновременно выполнять обязанности флаг?капитана (начальника штаба) эскадры. Он участвовал в совещаниях и предлагал решительные действия. Эссен считал необходимым прорываться всей эскадрой во Владивосток. Ввиду несогласия капитана 1?го ранга с мнением большинства командиров и командующего Витгефт 25 мая освободил его от должности флаг?капитана и перенес флаг на отремонтированный броненосец «Цесаревич».
Тем не менее Витгефту пришлось выполнить требование свыше. При возвращении эскадры после неудачной попытки 10 июня пробиться во Владивосток «Севастополь» подорвался на мине. Отремонтировали его к 25 июля. Эссен перевел броненосец в юго?западный бассейн, спасая от обстрела. Уголь, боеприпасы и все прочее грузили днем и ночью. 27 июля прибыло предписание императора немедленно уходить во Владивосток. Утром 28 июля эскадра выступила в море. Корабль Эссена шел в колонне броненосцев предпоследним. В ходе боя он получил повреждения, из?за которых скорость упала до 8 узлов. Это не позволило Эссену ни таранить противника, что он хотел, ни идти на прорыв. Так как все остальные корабли возвращались в Порт?Артур, отбивая атаки миноносцев, вслед за ними направился и ставший тихоходным «Севастополь».
После возвращения начали ремонт. Эссен считал, что задача состоит в том, чтобы дождаться прихода подкрепления с Балтики и выступить навстречу Рожественскому. Однако эскадра, которой командовал контр?адмирал Ухтомский, все больше становилась частью обороны Порт?Артура. На берег перевозили орудия, боеприпасы, отправляли отряды моряков. Броненосцы использовали как плавучие батареи. 10 августа, возвращаясь после обстрела японских позиций, броненосец вновь подорвался на мине. На сей раз 2?месячный ремонт проходил под обстрелом. Японцы редко попадали, ибо Эссен менял место стоянки. К 24 октября моряки завершили ремонт «Севастополя» и смогли вести ответный огонь по японским осадным батареям, используя указания целей с наблюдательного пункта.
23 ноября японцы заняли гору Высокая, с которой просматривали гавань. Используя корректировщиков, японская осадная артиллерия потопила одни за другим крупные корабли Тихоокеанской эскадры. «Севастополь» до времени прикрывала стенка гавани. 25 ноября Эссен добился разрешения принявшего командование эскадрой контр?адмирала Р.Н. Вирена вывести броненосец на открытый рейд. Вернув с суши часть экипажа, Эссен поставил корабль в бухте Белый Волк и приготовил его к атакам японских миноносцев. Капитан намеревался выйти в море, пополнить запасы угля в китайском порту или с зафрахтованного парохода, обойти Формозу и направиться навстречу эскадре Рожественского. Однако Вирен не дал разрешения.
Японцы неоднократно атаковали «Севастополь», выпустили массу торпед, но те взрывались в противоминных сетях. Позднее моряки соорудили бон. Тем не менее в начале декабря было обнаружено, что от близких взрывов броненосец получил многочисленные трещины обшивки и принял 2500 тонн воды. Оставшиеся на борту 80 человек (остальных отправили для подкрепления войскам на горе Ляотешань) спасли корабль благодаря энергии и умению командира. Через несколько дней «Севастополь» открыл огонь по позициям японцев, что явилось для них полной неожиданностью.
В ночь на 20 декабря поступило распоряжение Вирена выполнить секретный приказ об уничтожении судов в связи с капитуляцией Порт?Артура. Так как командир порта запретил взрыв, нарушавший условия капитуляции, пришлось ограничиться затоплением. Последним борт погружающегося судна покинул командир. Экипаж был взят в плен. Только 20 марта 1905 года Николай Оттович, награжденный за храбрость орденом Святого Георгия 4?й степени, вернулся в Петербург. После короткого отдыха его в мае назначили командиром 20?го флотского экипажа.
За время боевых действий моряк приобрел немалый боевой опыт. Летом того же года он выступил с лекцией, в которой подверг критике положение на флоте и высказал свое мнение о том, что необходимо готовить флот к активным действиям. Капитана 1?го ранга пригласил для беседы морской министр вице?адмирал А.А. Бирилев, а 10 июля его назначили заведующим Стратегической частью военно?морского ученого отдела Главного Морского штаба, оставив командиром экипажа. Подчиненные Эссену молодые офицеры, обладавшие боевым опытом, анализировали действия во время войны и состав сил отечественного и иностранных флотов, пытаясь представить, какой флот нужен России на будущее. По их инициативе был создан Морской генеральный штаб как орган оперативно?стратегического планирования и управления флотом.
Весной 1906 года Эссена командировали в Англию в качестве командира строящегося там крейсера «Рюрик». Но уже через полгода капитана 1?го ранга отозвали в Россию, доверив ему в августе 1906 года ответственную должность начальника Отряда минных крейсеров. Моряку предстояло командовать наиболее современными кораблями, построенными на собранные по подписке деньги. Интенсивные тренировки и многочисленные учения сделали из Отряда минных крейсеров основное боевое ядро возрождающегося Балтийского флота. Эскадренные миноносцы без лоцманов плавали в разных районах Балтийского моря, начали совершать зимние походы. В 1907 году инспектирующий контр?адмирал Энквист побывал на судах Отряда и высоко оценил состояние судов и подготовку команд, поздравив морского министра Дикова с появлением на Балтике современного боеспособного соединения. Старания моряка были оценены. 5 апреля Эссена произвели в контр?адмиралы. 27 августа Николай I, восхищенный учениями, назначил контр?адмирала в свою свиту с оставлением в должности.
Осенью отряд минных крейсеров преобразовали в 1?ю минную дивизию. В конце июля 1908 года общефлотские маневры на Балтийском море продемонстрировали, что кроме двух минных дивизий Балтийский флот располагает устаревшими кораблями с явно не соответствующей требованиям времени системой обучения и управления. В частности, минный заградитель «Волга» выставлял заграждение из 400 мин три дня. На таком фоне 1?я минная дивизия, продемонстрировавшая высадку и обеспечение десанта, выглядела блестяще. Сначала в ночь на 1 августа выставили мины на вероятном пути движения противника, утром быстро выбросили десант на берег, а когда канонерские лодки «противника» попытались приблизиться, то попали на условное минное поле, и эсминцы успели уйти.
Осенью было решено объединить морские силы Балтийского моря под рукой одного флагмана. Начальником Соединенных отрядов назначили Н.О. Эссена. Он формировал штаб и подбирал командиров кораблей, способных действовать самостоятельно.
Основной проблемой стал острый недостаток кораблей. «Программа развития морских вооруженных сил на 1909–1910 годы» не получала поддержки Думы, в которой большинство не представляло значения морской силы. Дело портили разногласия руководителей армии и флота. Эссену удалось в ожидании войны вернуть учебный Балтийский отряд, отправленный в плавание по странам Европы, и получить разрешение на закладку 4 дредноутов. С мая 1909 года контр?адмирал выводил разнородные силы флота в едином ордере, приучая команды к совместным действиям. В эту кампанию отрабатывали преимущественно действия отрядов. Создали отряд минных заградителей, партию траления Балтийского моря. В ноябре было утверждено Положение о береговых наблюдательных постах и станциях, которым была узаконена уже начатая на флоте Непениным система наблюдения и связи. Со временем она стала играть важное значение. Задержка постройки кораблей не позволяла рассчитывать на скорое создание бригад линейных кораблей и крейсеров, как и на осуществление планов по другим видам вооружений. Однако постепенно острый недостаток моряков после Цусимы уменьшался. Для улучшения подготовки кадров Эссен на 1910 год поставил задачу выходить в море с таянием льдов и возвращаться поздно осенью, звания специалистов 2?го класса присваивать офицерам только после экзамена. Для создания резерва унтер?офицеров учреждали школу юнг.
