Уже при штурме редутов шведы понесли ощутимые потери. А когда часть пехоты во главе с генералом графом А. Л. Левенгауптом попыталась атаковать ретраншемент, генерал-фельдцейхмейстер Я. В. Брюс специально подпустил шведскую пехоту на дальность картечного огня (200–300 шагов). Только после этого 87 орудий русской артиллерии, находившейся в укрепленном лагере, открыли огонь. За стеной образовавшегося дыма шведы в течение 45 минут могли двигаться навстречу выстрелам, но ближе 64 метров так и не смогли подойти. Жестокость потерь заставила шведских генералов около 6 часов утра отозвать атакующих, отмечают Н. Павленко и В. Артамонов.
На генеральном этапе сражения русская артиллерия буквально выкашивала ряды вражеской армии, что и привело в итоге к ее разгрому.
Якову Брюсу была пожалована высшая награда России — орден св. Андрея Первозванного и, как водится, крупное поместье. Это вознаграждение было совершенно заслуженным.
В 1710 г. Яков Брюс участвовал во взятии Риги и Кексгольма, а затем отправлен с дипломатической миссией в Польшу. Россия готовилась к новой войне с Турцией и искала союзников для участия в этой кампании.
29 мая 1711 г. в Яворове Яков Брюс, среди немногих приближенных, присутствует на негласной церемонии бракосочетания Петра и Екатерины. Начинался бесславный Прутский поход 1711 г., после которого Россия надолго лишилась всех своих территориальных приобретений на Черном и Азовском морях. Вступившие в турецкие пределы русские войска располагали 122 орудиями. Брюс жаловался Шереметеву, что многие артиллеристы «уже не ели ничего дней по пяти и по шти (шести)».
Тем не менее на военном совете, созванном в его палатке 14 июня после форсирования Днестра, Яков Виллимович поддержал идею дальнейшего движения вглубь неприятельских владений, идею, в конечном итоге чуть не повлекшую за собой крах России.
Петр был настолько обнадежен письмом валашского князя Кантемира, который обязался предоставить в его распоряжение 30 000 своих людей, что полагал возможным идти вперед, не дожидаясь прибытия задержавшихся в пути частей. Лишь генерал Галлард нашел в себе силы выразить сомнение в успехе похода, напомнив царю о судьбе Карла XII, погубившего свою армию под Полтавой в сходных обстоятельствах.
Печальные последствия рискованных действий не замедлили явиться. Подошедшие к реке Прут русские войска оказались окружены многократно превосходящей их турецкой армией. На другом берегу, как стервятники, поджидали крымские татары и шведы. От мгновенного разгрома петровские войска спасло только то, что турки не догадались о своем подавляющем преимуществе: русские начали сжигать лишнее имущество, готовясь к прорыву из окружения налегке; множество костров ввело турок в заблуждение относительно численности русских войск.
В печально знаменитом Прутском сражении 9-10 июля 1711 г. артиллерия Брюса действовала великолепно, хотя и на пределе своих возможностей, но только скорый мир мог спасти армию и царя, и Яков Виллимович одним из первых поддержал идею начала переговоров с турками. В конечном итоге русской армии удалось сохранить даже пушки и отступить с достоинством.
Для самого Якова Брюса этот год стал пиком его военной карьеры. 3 августа 1711 г., вскоре после смерти в шведском плену князя Имеретинского, Петр присвоил Брюсу звание генерал-фельдцейхмейстера. Он по-прежнему неотлучно находился при царе, который с частью армии вновь отправился в поход против шведов в Германии.
В последней своей крупной воинской кампании, в Померании и Голштинии в следующем году, когда северные союзники вели захват германских владений Швеции, нашему герою довелось командовать соединенной артиллерией России, Дании и Саксонии.
В декабре 1717 г. Яков Брюс стал президентом Берг- и Мануфактур-коллегии, а в 1718-м — генерал-директором всех фортификаций Российского государства. Он был и одним из ведущих дипломатов петровской эпохи, возглавлял делегации русских дипломатов в Гданьске в 1710 — 11 гг., на Аландском конгрессе (1718 — 19) и при переговорах в Ништадте (1721). Его подпись стоит под Ништадтским мирным договором, заключенным 30 августа 1721 г.
И все-таки наиболее ярко Брюс проявил себя как ученый-исследователь, закладывавший основы российской науки. Во время Великого посольства по поручению Петра несколько месяцев он обучался в Англии, работал в лаборатории Исаака Ньютона, сотрудничал с такими известными учеными как Джон Колсон, Джон Флэмстид, Эдмунд Галлей. По возвращении из Англии в конце 1698 г. фактически стал научным консультантом Петра при проведении астрономических наблюдений, создавая первые казенные обсерватории.