В 1803—1806 годах по Высочайшему повелению, Бутаков, вместе с другими российскими морскими офицерами, был направлен волонтёром для корабельной службы в Англию. За время службы в королевском флоте плавал в Северном море, Атлантическом океане, посещал Вест-Индию, участвовал в захвате невольничьих судов, перевозивших негров-рабов из Африки на острова Карибского моря. 2 июня 1804 года был произведён в лейтенанты флота. В 1805 году он принял участие в сражениях с французским флотом у Кадикса и в знаменитом Трафальгарском бою на корабле «Виктория», на котором держал свой флаг адмирал Нельсон, смертельно раненый в этом сражении. Служа на корабле под командованием английского адмирала Декерса впервые познакомился с возможностями семафорного телеграфа, и благодаря этому, впоследствии создал свод семафорных сигналов на русском языке, а в 1808 году, находясь в Лиссабоне разработал собственную систему семафорного (оптического) телеграфа.