1899 году в том же чине стал начальником учебно-артиллерийского отряда Балтийского флота. Замеченный царем и высшим военно-морским руководством, 53-летний Рожественский стал делать стремительную карьеру, став в 1902 году контр-адмиралом, начальником Морского штаба и адъютантом Николая II. В апреле 1904 года адмирал был назначен начальником 2-й Тихоокеанской эскадры, на посылке которой он настаивал на совещании высшего военного руководства России в присутствии царя в августе того же года.
Уже находясь на пути к Цусиме, Рожественский был произведен в в звание вице-адмирал, утвержден в должности начальника Главного морского штаба и назначен генерал-адъютантом. Много сделав для успешного похода русской эскадры к берегам Японии, в Цусимском бою прокомандовал немногим более часа, получив несколько серьезных ранений. В полубессознательном состоянии был переведен с флагманского броненосца "Суворов" сначала на миноносец "Буйный", затем на "Бедовый", который сдался утром 15 мая 1905 года у острова Дажелет. После возвращения в Россию в мае 1906 года уволен со службы "по болезни". Летом того же года оправдан на специальном суде по делу о сдаче "Бедового". Скончался З. П. Рожественский от внезапного сердечного приступа в ночь на новый 1910 год.