Hagens Aufgabenbereich als Wasserbaumeister umfasste von 1876 bis 1892 den Ostseeraum, vorzugsweise die Häfen Danzig, Swinemünde, Pillau (Baltijsk), Königsberg und Memel (Klaipėda). Zum Schutz der Küste der Kurischen Nehrung vor weiterer Erosion entwickelte er eine Methode zur Dünenbefestigung, die auch in England an der dortigen Westküste angewandt wurde (1916 ins Englische übersetzte Publikationen). 1876 übernahm er das Dezernat im Berliner Ministerium für öffentliche Arbeiten im Spezialbereich Wasserbau, das sein Vater bis dahin innehatte. Zuvor, als noch junger Regierungsbaumeister, war Hagen mit Hafenbauten in Duisburg-Ruhrort beschäftigt. Er übernahm später die Bauausführung des preußischen Teils der Kanalisierung der Oberen Saar. 1869 reiste er zur Eröffnung des Suezkanals. Im &lt;a href="Deutsch-Franz%C3%B6sischer%20Krieg"&gt;Krieg 1870/71&lt;/a&gt; wurde er zur Instandsetzung zerschossener Schleusen und Bauwerke herangezogen und fungierte als technischer Sachverständiger bei den Friedensverhandlungen, bevor er 1871 als Regierungs- und Baurat in Köslin ins Ostsee-Dezernat berufen wurde. Von hier aus entwickelte er seine Expertise zu den Hafenanlagen der Ostsee. 1876 nahm Hagen an der Weltausstellung in Philadelphia teil.