Вице-адмирал начал с научной организации дела. Первоначально он создал при Черноморском адмиралтейском департаменте распорядительную часть, занимавшуюся перепиской, Артиллерийское управление, улучшил Депо карт, придав ему типографию и художников-граверов из числа моряков. Он ввел должности начальников отделений, усовершенствовал канцелярское дело и добился перевода архива Черноморского флота из столицы в Николаев, чем сократил переписку. В 1816 году флотоводец впервые в практике России создал штаб флота для организации подготовки и разработки планов его действия в военное время; первым начальником штаба стал В. И. Мелихов. Опираясь на организацию и подготовленных помощников, Грейг преобразовал все отрасли Черноморского флота.
В первую очередь главный командир обратил внимание на реконструкцию Николаевского адмиралтейства и усовершенствование проектирования. В письме от 23 сентября 1816 года вице-адмирал писал морскому министру о плохом сохранении леса, недостатке специалистов и денег. Не было ни одного парового судна, проекты боевых парусников оставляли желать лучшего, да и просто судов не хватало для обеспечения повседневной службы. В Севастополе кораблестроительную базу исчерпывали малые эллинги для постройки небольших судов. К 1816 году в Николаеве при устье Ингула остались только два ветхих эллинга, на которых несколько лет не строили суда. Кораблестроение переместилось в Херсон, расположенный в тридцати километрах от Днепровско-Бугского лимана. Однако выводить построенные корабли из Херсона через многочисленные мели было сложно и дорого. Из Николаева это было делать проще. Поддерживать одновременно судостроение и в Николаеве, и в Херсоне было накладно. Получив разрешение из столицы, главный командир в 1827 году начал и в 1829 году завершил перевод кораблестроения в Николаев, где сконцентрировал и руководство, и запасы материалов. К 1832 году здесь на пяти верфях было одиннадцать эллингов, из которых девять соорудили при Грейге. На верфях была введена механизация: паровая машина приводила в действие ножницы, прессы и другое оборудование, была оборудована и паровая лесопилка. В мастерских вместо дров использовали донецкий уголь. В адмиралтействе построили кузницу, парусную и шлюпочную мастерские.
Не был оставлен вниманием и Херсон, где в Спасском урочище с помощью средств помещика А. Перовского было заложено Спасское адмиралтейство, на котором с 1828 года по подряду строили корабли для Черноморского флота, в том числе линейные и фрегаты. В городе был основан литейный завод, отливавший необходимые вещи для флота; на Херсонском канатном заводе также применили паровую машину. В Богоявленске парусная фабрика давала парусину высшего качества.
С 1818 года Грейг ходатайствовал о постройке в Севастополе сухих доков для ремонта кораблей, чтобы избежать килевания; разрешение было получено в 1827 году, начались работы. Завершены они были уже при новом главном командире и потому получили наименование Лазаревского адмиралтейства. Завершения потребовали и такие проекты Грейга, как крытые эллинги в Николаевском адмиралтействе. Новое адмиралтейство было построено в Измаиле, на реке Репиде; там из леса, шедшего из Подолии, строили суда Дунайской флотилии.
Так как основным бичом кораблестроения являлся некачественный сырой лес, Грейг добился для этих нужд кораблестроения выделения участков в Подолии с хорошей древесиной. Качество поступавшего леса контролировали комиссии. Грейг проводил эксперименты по «засолению» деталей для их лучшей сохранности. Комиссии были созданы и для наблюдения за качеством постройки судов.
Особенно недоставало малых судов для крейсерской службы и обучения моряков, именно с их строительства и начал Грейг развитие флота. 29 июня 1817 года он рапортовал морскому министру: «Не менее того нужны и мелкие военные суда, яко то: бриги и тому подобные, которые при флоте необходимы, особливо в военное время». При Грейте было построено 36 шхун, бригов, люгеров, тендеров, катеров, яхт. Сослуживец Грейга писал позднее: «При адмирале Грейге число мелких судов было увеличено до значительной цифры: бриги, шхуны, бригантины, люгера, тендера и другие… и цель его — иметь больше мелких судов и притом различных наименований для полного и надежного ознакомления моряков с практической стороной дела — вполне была достигнута».
Кроме того, что малые суда требовались для посыльной и крейсерской службы, они давали возможность молодым офицерам пройти школу самостоятельного командования. Именно на таких судах начинали позднее многие выдающиеся представители лазаревской школы. Особенно они оказались важны, когда со временем потребовались постоянные крейсерства у берегов Кавказа. Кроме того, постройка многочисленных судов давала практику и корабелам, позволяла мастерам проявлять свое умение и искусство.