По всей вероятности, в ноябре, при посещении Нарвы Петром, Я. В. Брюс получает назначение исполнять обязанности генерал-фельдцейхмейстера — командующего войсками артиллерии. Формально эта должность оставалась за находившимся с 1700 года в шведском плену имеретинским царевичем Александром Арчилловичем, который в 1711 году скончался, после чего Яков Брюс был утвержден генерал-фельдцейхмейстером.

Первым распоряжением генерал-фельдцейхмейстеру Брюсу Петр 17 ноября 1704 года приказывает прибавить в Нарву и Петербург по 7000 трехпудовых и по 7000 девятипудовых бомб, да по 400 выстрелов пороха и умножить личный состав артиллерии до 600 человек, из них 200 человек в поле. 23 марта 1705 года Брюс писал из Москвы Петру в Воронеж: «Заготовил пороху на 50 000 чел. По 300 выстрелов на каждого, ни коим образом не возможно, потому что выйдет более 23 000 пуд, а у нас всего пушечнаго только 1500 пуд. Постараюсь изготовить, хотя по 100 выстрелов. Большее горе — мало денег».

Затем он выезжает в Смоленск для снаряжения и отправки армии в Полоцк, куда на защиту от шведов союзника Петра польского короля Августа II шла русская армия численностью 40 тысяч пехоты и 20 тысяч конницы.

М. Д. Хмыров приводит информацию о донесении от 15 июля 1705 года цесарского резидента Тийера, жившего тогда в Москве. В этом сообщении, как выражается Хмыров, резидент баснословит, что при армии, двинутой в Полоцк, было до трех тысяч орудий. Цифра явно завышена, но само это обстоятельство говорит о том, какой грозной силой стала артиллерия Я. В. Брюса к 1705 году.

Фактически после взятия Нотебурга в 1702 году в России начинает свой победный путь новая русская артиллерия, кардинально преобразованная, а лучше сказать — созданная Я. В. Брюсом.

К тому времени артиллерийское дело в передовых странах Европы, особенно в Швеции, достигло очень высокого уровня. В конце XVII века было покончено с цеховой организацией артиллерии, началось промышленное производство на мануфактурах орудий и ядер. Артиллерия, окончательно введенная в состав армии, признавалась особым родом войск, и для нее открывались широкие возможности развития. Были унифицированы калибры артиллерийских орудий, значительно снижен их вес, улучшена конструкция лафетов. Благодаря этому значительно повысилась подвижность артиллерии. Тогда же получили распространение зарядные пороховые рубки, картузы, картечи. Произошло разделение артиллерии на тяжелую и легкую, чем были заложены основы тактики полевой артиллерии. Начали формироваться научные основы развития артиллерийского дела. Все это повысило в значительной мере очевидную мощь этого рода войск.

Россия же в этом направлении значительно отставала.

Русская артиллерия — пушечный наряд — комплектовалась личным составом аналогично стрелецким полкам: за свою службу пушкари получали денежное и хлебное жалованье или земельный надел. Служба пушкарей была наследственной. Подобно стрельцам, пушкари в свободное от службы время занимались торговлей и ремеслами. В военное время для обслуживания пушечного наряда привлекались дополнительно ратные люди, набранные от тяглового населения. Вся русская артиллерия подразделялась на городовой наряд (осадные и крепостные орудия) и полковой наряд (легкая и тяжелая полевая артиллерия). В составе полевой артиллерии выделяли полковую, т. е. приданную пехотным, стрелецким и солдатским полкам.

После разработки в 1621 году «Устава ратных, пушечных и других дел, касающихся до воинской науки» А. М. Радышевского началось усовершенствование старой русской артиллерии русскими мастерами. В XVII веке последними практически были решены проблемы создания нарезных и казнозарядных артиллерийских орудий. На русских мануфактурах в 90-е годы XVII века предпринимаются попытки заменить и одновременно привести в единую систему их типы и калибры. И все же русская артиллерия в целом представляла собой разнотипную и разнокалиберную массу. Орудия были тяжелыми и вследствие этого малоподвижными. Дальность стрельбы и скорострельность русских орудий были незначительны. В войсках находилось большое количество орудий явно устаревших конструкций, некоторые из них были созданы еще в XVI веке.

Необходимость создания новой мощной артиллерии русский царь прекрасно осознавал. Брюсу в этом отводилась первостепенная роль. Обширные теоретические знания, особенно в области математики, пристальное знакомство с материальной частью артиллерии в Вулическом арсенале в Лондоне в 1698 году, а также длительный боевой опыт позволили Я. В. Брюсу осуществить глубокие преобразования в области артиллерии.

Одной из важнейших проблем, стоявших перед воюющей со шведами Россией, была проблема обеспечения русской армии единообразным и надежным оружием. Для решения этой задачи Брюс разработал единую систему измерения всех частей артиллерийских орудий, в основу которой был положен калибр орудия. Им же был разработан и введены в практику русская артиллерийская шкала и артиллерийский вес. Шкала представляла собой металлическую линейку, на которой были нарезаны диаметры каменных и чугунных ядер, соответствовавшие определенным линейным калибрам. Этот инструмент служил основной мерой не только при проектировании, но и при проверке готовых орудий и снарядов. Кроме металлической линейки в качестве проверочных инструментов применялись кружала и циркули. Одновременно Я. В. Брюс ввел понятие об артиллерийском весе, при помощи которого определялись калибры орудий и снарядов. За единицу измерения был принят вес чугунного ядра диаметром 2 английских дюйма (5,08 см), вес составлял 1,2 торгового русского фунта. Этот вес получил наименование артиллерийского фунта, а ядро названо однофунтовым. Для разрывных полых снарядов был принят торговый вес.

Исполняя обязанности генерал-фельдцейхмейстера, Я. В. Брюс вникал во все процессы производства материальной части артиллерии, неукоснительно требуя единообразия в изготовлении не только орудий и снарядов, но также и лафетов, станков и даже колес к ним. Образцовые варианты их хранились в Приказе артиллерии. Те же требования он предъявлял и к производству стрелкового оружия. С принятием на вооружение в 1715 году штатных образцов ружей и пистолетов были введены и контрольноизмерительные инструменты. Для соблюдения точности калибра — медный эталонный цилиндр. Контроль за длиной стволов пехотных ружей и драгунских пистолетов осуществлялся при помощи деревянных шаблонов с печатью самого генерал-фельдцейхмейстера.

Я. В. Брюс принимал активное участие в разработке новых образцов вооружения. Известны его опыты над различными формами зарядных камор, в том числе и над вариантами так называемых «бутель-камор», приведшие к проекту конической каморы для гаубицы с длиной ствола в 10 калибров, т. е. удлиненной, что дало основание некоторым историкам материальной части артиллерии считать ее прообразом единорогов.

Опыты велись и с целью увеличения дальности стрельбы из орудий (гаубиц и мортир), в боекомплект которых входили разрывные снаряды.

Для повышения огневой мощи пехотных и драгунских полков с 1705 года разрабатываются различные варианты ручных мортирок. Брюс постоянно наблюдает за ходом этих работ, требуя, чтобы приклад «мортирца» был как у фузей для удобства стрельбы из него.

Приказ артиллерии стал преемником Пушкарского приказа. Наиболее вероятной датой образования Приказа артиллерии следует считать 26 июня 1701 года, когда во Вседневной книге Пушкарского приказа впервые официально упоминается Приказ артиллерии.

Личный состав приказа состоял из дьяков и подьячих. Подьячие разделялись на три категории — старых, средних и молодых, каждый из них возглавлял тот или иной отдел (повытье). Кроме них, в распоряжении приказа были так называемые «царедворцы» — стольники, дворяне, стряпчие, жильцы, которые выполняли отдельные поручения. Денежной казной ведали бурмистры, а учетом и расходом артиллерийских припасов — целовальники. До 1712 года, по-видимому, никакого постоянного штата приказа не было, так как число его членов в разные годы было непостоянным. По штату 1712 года было определено иметь в приказе артиллерии одного дьяка и 24 подьячих.