Пребывание Брюса вместе с Петром в Англии повлияло и на будущую символику России. Именно шотландец Брюс обосновывает русскому царю идеи протестантизма в христианстве, после чего Петр стал более решительно проводить реформы по отношению к Русской православной церкви, в чем огромную помощь ему оказывал Феофан Прокопович, а во внешней политике в основном налаживает контакты и проводит переговоры с протестантскими государствами (Англия, Дания, Норвегия, Германские земли). Более того, андреевская символика (крестовый флаг военно-морского флота, орден Святого апостола Андрея Первозванного), введенная в России в 1698 году, появляется в нашей стране именно благодаря Брюсу. Это показали исследования кандидата исторических наук, старшего научного сотрудника Института Всемирной истории Российской академии наук Д. Г. Федосова, переводчика уникального дневника Патрика Гордона, издаваемого с 2000 года под эгидой РГВИА издательством «Наука».

Значение Великого посольства для России чрезвычайно велико, особенно это касается пребывания в Англии. Для самого Брюса это пребывание обозначилось написанием в 1698 году первого научного трактата — «Теория движения планет», обнаруженного в библиотеке Кембриджского университета В. Боссом. Оказался он в наличии и в библиотеке Российской академии наук в Санкт-Петербурге. Этот трактат, как отмечает канадский ученый, — первая работа русского ученого о законе всемирного тяготения.

Огромное значение в формировании Брюса как ученого-математика имело обучение у профессора Джона Колсона. В библиотеке Брюса имелись рукописные книги и тетради с пометкой Bruciana, написанные во время пребывания в Англии в 1698 году. Это фактически конспекты, составленные Брюсом во время занятий. Они включают курс математики по арифметике, геометрии, тригонометрии, астрономии. Не случайно в дальнейшем Я. В. Брюс исполняет роль научного консультанта царя и становится единственным российским астрономом, создателем казенных обсерваторий в России. Первая из них была оборудована Брюсом и открыта уже в июне 1700 года в здании Сухаревой башни.

Еще одним из итогов английского путешествия Брюса стала разработка совместно с Адамом Вейде воинских артикулов, «в которых содержится уложение о наказаниях, изготовил по образцу подобных же уставов, принятых у других великих государей».

В июле 1699 года Брюс сообщает Петру: «По твоему государскому писанию к Адаму Вейде, послал я к тебе, государю, краткое описание законов (или правил) шкоцких, агленских, и францужских о наследниках (или первых сынах). Також напоминая твой государев приказ в агленской земле, послал к тебе, государь, описание чинам, которые были у агленскаго короля у артиллерии на войне и во время миру, такожды о их жалованьи поденном в войне и о годовом во время мировое». Таким образом, Брюс помогает Петру Алексеевичу в подготовке принятия будущего закона о единонаследии, изданного 23 марта 1714 года, а также в работе по формированию регулярной армии.

После пребывания в Англии Брюс более подготовленным подходит к исследовательской работе, используя присылаемые из-за границы приборы и инструменты. Об одном из таких инструментов, очень пригодных для путешественников, он сообщает Петру в том же 1699 году, рассказывая, что инструмент этот помогает «сыскать полус гогде (или элевацию поли), без всякого вычету и не ведая деклинации солнца и не имея инструментов, кроме циркуля и линиала». К инструменту он приложил чертеж и описание, как им пользоваться.

В июне 1700 года, после открытия обсерватории, при формировании регулярной армии Брюс был пожалован в генерал-майоры от артиллерии. Началась интенсивная подготовка к войне со Швецией. 8 августа был подписан мирный договор с Турцией, поэтому на следующий день Петр I пишет из Москвы новгородскому воеводе князю И. Ю. Трубецкому: «Ныне мы, при помощи божией, начали войну против Шведов и сегодня послали для блакира и пресечения путей в Ижерскую землю генерал майора Якова Брюса».

Поручение, данное Брюсу, было ответственным, без блокировки путей и подходов к Нарве немыслимо было начать ее осаду. Однако отряд Брюса столкнулся с непреодолимыми трудностями, связанными, видимо, с бездорожьем, и прибыл в Новгород с опозданием. Это и вызвало гнев царя. Об этом сообщает Н. Г. Устрялов в «Записке о ругодевском (нарвском) походе»: «28 июля 1700 года посланы из Москвы Яков Брюс, Иван Чамберс, Василий Корчмин до Новгорода, на скоро, и поспели в Новгород в 15 дней, за что гнев воспринял от его величества Яков Брюс и от команды ему отказано. Послан, вместо Брюса, с полками, новгородский воевода Ив. Юр. Трубецкой». В итоге Брюс был отстранен от командования войсками, как об этом сообщает М. Д. Хмыров, «несколько времени находился в опале, а потом, когда оправдания его признаны основательными, возвращен к отправлению прежних должностей». В этот период в Москве в здании Сухаревой башни идет интенсивная работа по открытию математической навигационной школы для подготовки специалистов морского флота и инженеров. Талант Брюса, его организаторские способности были направлены именно на это, тем более что иностранные ученые, создававшие школу, сталкивались с проблемами, связанными с российским менталитетом. Успешно разрешить их мог человек, живший в России, имевший авторитет и находившийся на «короткой ноге» с Петром, вдобавок еще и специалист. (Так, будущий директор навигацкой школы Фарварссон удивлялся, что даже самые простые вопросы, связанные с ее организацией и материальным обеспечением, невозможно решить без вмешательства царя или взятки.) Таким человеком и был Брюс. Поэтому фраза М. Д. Хмырова «возвращен к отправлению прежних должностей» означает не что иное, как продолжение его работ в Москве.

В мае 1701 года, после открытия школы, Яков Вилимович назначается на должность губернатора Новгорода вместо взятого в плен под Нарвой князя И. Ю. Трубецкого и командует большей частью артиллерии, т. е. частично исполняет обязанности также плененного под Нарвой генерал-фельдцейхмейстера Александра Арчилловича.

Назначение Я. В. Брюса на должность губернатора Новгорода было неслучайным.

После поражения русской армии под Нарвой в ноябре 1700 года Карл XII, уверенный, что русская армия окончательно разгромлена и больше не представляет серьезной опасности для шведов, направляется с армией в Польшу для того, чтобы расправиться с главным противником — Августом II. До 1707 года шведы будут стремиться нанести главный удар по польской армии, Карл XII станет активно заниматься утверждением на польском троне нового короля, а Петр I будет укреплять свою армию, совершенствовать вооружение, готовиться к новым баталиям.

Первое, что делает Петр Алексеевич в начале 1701 года, — издает указ о сборе колокольной меди, согласно которому следовало «четвертую часть колоколов со всего государства, с знатных городов, от церквей и монастырей отбирать и отправлять в Москву на пушечный двор, на литье пушек и мортир». Данный указ был вынужденным шагом после катастрофы русской армии под Нарвой. Это один из главных аргументов оппонентов петровских реформ в нашей стране. Однако здесь надо учитывать, что указ предусматривал переливку только тех колоколов, которые хранились в церквах и монастырях и не были непосредственно задействованы для колокольного звона. К маю 1701 года в Москву было свезено на переплавку церковных колоколов общим весом более 90 тысяч пудов. Из части собранных колоколов было отлито 100 больших и 143 малых пушек, а также 12 мортир и 13 гаубиц. Однако колокольная медь оказалась непригодной для артиллерийских нужд ввиду нехватки олова, требовавшегося для орудийной бронзы, и оставшиеся колокола остались невостребованными. Литье значительной части этих пушек, по всей видимости, осуществлялось на тульском заводе, построенном под руководством голландских специалистов еще в 1632 году.