Среди русских нашлись изобретатели новых видов артиллерийского оружия. Типичным примером тому явилась 3-фунтовая короткоствольная пушка военного инженера Василия Кормчина. Длина ее ствола составляла 106 см, калибр – 76 см, масса – 159,5 кг, т. е. она была вдвое легче аналогичных орудий. На конце ствола с помощью болтов укреплялся съемный стальной цилиндр-надувальник, и тогда из пушки можно было вести огонь как ядрами, так и картечью и бомбами. При необходимости в течение нескольких минут на ствол навинчивался надульник, и тогда можно было стрелять 6-фунтовыми 152-миллиметровыми гранатами. Такие орудия с успехом применялись при Лесной и в Полтавском сражении.
План Полтавской битвы.
Генерал-фельдцейхмейстер дорожил каждым солдатом, болезненно воспринимая любые попытки использовать не по назначению пушкарей, в которых он не без основания видел своего рода элиту русской армии, и приданные к артиллерии части.
В 1703 г. Брюс участвовал в закладке Петропавловской крепости, а затем участвовал в осаде Копорья. При этом гарнизон крепости сдался после пятидневного артиллерийского обстрела. 23 мая над Копорьем был поднят русский флаг.
В 1704 г. Брюс командует артиллерией при осаде Нарвы и Ивангорода. В 1706 г. генерал-поручик Я. В. Брюс руководит артиллерией в победоносном для России сражении при Калише. За эту победу он удостоился польского ордена Белого Орла. В придачу царь пожаловал Брюсу золотую медаль со своим портретом, осыпанным бриллиантами. Подобные знаки монаршей милости весьма высоко ценились.
Конец 1706 г. русская армия встретила на зимних квартирах в Жолкве (Жолкиеве). Сюда в феврале 1707 г. явилось польское посольство с жалобами на плохое исполнение русскими своих союзнических обязательств перед Польшей. Тогда генералу впервые пришлось ощутить себя в роли дипломата и удалось приобрести тот неоценимый опыт, который ему впоследствии так пригодился на переговорах со шведами.
Литовцы и поляки постоянно жаловались на притеснения со стороны русских войск, на чрезмерные поборы продовольствием и фуражом, а то и откровенный казачий и калмыцкий грабеж. Чтобы пресечь подобные инциденты, а главное, успокоить союзников, была создана совместная комиссия, которую с русской стороны возглавил Яков Брюс. Комиссия детально разобралась в спорных проблемах, Брюс неоднократно обращался к царю за решением тех или иных вопросов. В конце концов, страсти удалось потушить.
В 1707 г. шведская армия начала свой «русский поход». В этот период Яков Виллимович занимается возведением укреплений на пограничных рубежах, курирует работу металлургических предприятий, занимается вопросами обучения артиллеристов. От этого периода Северной войны сохранилась не слишком обширная переписка Петра и Брюса. Малочисленность писем не должна вводить в заблуждение: Брюс практически постоянно находился в армии, при Петре, и им не было нужды переписываться. В редкие же моменты, когда Брюс выполнял поручения вдали от армии, когда сам царь из-за своих хронических заболеваний, связанных с не слишком чистоплотным и здоровым образом жизни, был не в состоянии выехать к войскам, появлялись, к примеру, письма Петра, подобные этому, датированному 31 октября 1708 г.: «Письмо ваше из Глухова, сего числа писанное, до нас дошло, в котором пишете вы, что около оного места поля ровные, лесу зело мало. Того ради надобно вам съездить подале и осмотреть места от Глухова милях в трех, а имянно в тех местах, которые подались к нашим городам, к Севску и протчим, где есть удобные места к обороне, також и леса. И, осмотря, приезжай к нам сам».
Брюс выезжал на рекогносцировки местности и вместе с царем. На одной из стоянок русской армии (в украинских Горках, после головчинского сражения) он собственноручно разработал в присутствии Петра образец скорострельного зарядного ящика. В Москве впоследствии изготовили 50 таких ящиков. И все время он успевал читать и переводить научные труды, занимаясь математическими и астрономическими исследованиями.
Вместе с царем он участвовал в знаменитой битве при Лесной 28/29 сентября 1708 г., командуя левым флангом корволанта. За эту победу, впоследствии названную «матерью Полтавской баталии», генерал-поручик получил в награду 219 дворов крепостных крестьян.