Эта школа действовала под присмотром дьяка Пушкарского приказа A.A. Виниуса. Однако в 1699 году школа сгорела во время большого июльского пожара. В январе 1701 года почти одновременно со Школой математических и навигацких наук была открыта возрожденная Московская пушкарская школа (Новая пушечная, или Артиллерийская, школа). Размещалась она на Новом Пушечном дворе. В 1703 году Виниус впал у царя в немилость, и школа осталась без присмотра. Кураторство над ней было передано новому начальнику Приказа артиллерии Я. В. Брюсу, немало сделавшему для закупки инструментов, приборов и учебных пособий для Математической навигационной школы как за границей, так и в самой России. Таким образом, Артиллерийская школа возникла не на пустом месте. По мнению В. А. Ковригиной, именно Пушкарская школа конца XVII века стала основой для Артиллерийской, а затем Инженерной школ.

Учебная программа Артиллерийской школы не ограничивалась, как раньше, обучением пушкарских детей чтению, письму, цифири (арифметики) и землемерию (геометрии). Теперь эти науки постигали в «Нижней»(Цифирной и Словесной) школе. К изучаемым предметам в «Верхней» школе благодаря Я. В. Брюсу добавились тригонометрия, «артиллерия», черчение и «инженерная наука». Причем последнюю поручено было преподавать в 1704 году иноземцу на русской службе капитан-инженеру П. Грану. Для артиллерийской практики, обучения стрельбе по целям и скорой стрельбе из пушек и мортир школа получала с Московского пушечного двора порох, боеприпасы, фитили, пыжи и другое артиллерийское снаряжение.

Школа располагалась на Новом Пушечном дворе до 1707 года, когда из-за строительства оборонительных сооружений вокруг Китай-города и Московского Кремля руководитель фортификационных работ капитан Преображенского полка В. Д. Корчмин «согнал» ее на Суздальское подворье. Благодаря настойчивым напоминаниям Брюса в 1706 году здание школы было отремонтировано. Если в 1701 году в школе обучалось 180 человек, то к концу 1704 года в ней было уже 300 учеников.

В условиях военного времени Я. В. Брюс не мог лично руководить школой, но посредством переписки с Приказом артиллерии старался контролировать ее деятельность.

Брюс следил, чтобы учебный процесс в школе шел нормально и ученики осваивали не только теорию, но и приобретали практические навыки. Он рекомендовал Н. П. Павлову отобрать из школьных учеников человек пять-шесть, хорошо успевающих по геометрии и фортификации, и «отдать их в науку Шперейтеру», чтобы он научил их не только чертить, но и стрелять, «особенно бомбами». Одним словом, чтобы «научил подлинному своему делу».

Знаменательно отношение главы артиллерийского ведомства к проблеме профессионального обучения. Узнав, что несколько учеников Словесной школы бежали и записались в солдаты, Брюс потребовал от Ф. Ю. Ромодановского разыскать их и, наказав, отправить обратно в школу. «Нужды в них (как в учениках), — писал Яков Вилимович князю-кесарю, — больше есть, нежели в солдатах. Понеже всякий крестьянин может быть в солдатех, а не пушкарем».

Особо заботил Якова Вилимовича и подбор кадров для Артиллерийской школы. Грамотных специалистов катастрофически не хватало не только в учебных заведениях, но и в государственных учреждениях, в армии и на флоте. К сожалению, имевшиеся при школе преподаватели были далеки от идеала. Несколько писем Я. В. Брюс посвятил учителю арифметики в Артиллерийской школе С. Печорину.

В мае 1706 года дьяк Приказа артиллерии Н. П. Павлов написал Я. В. Брюсу: «Цыфирной науки учитель, который взят из Математической школы, Спиридон Печорин, для учения школьных учеников учинился во пьянстве, и за то ему было дано поучение, бит батоги. И по се число он, Спиридон, от пьянства не лишился и в школу приходит изретко и в учении тем ученикам есть немалая остановка».

Понятно, что без учителя арифметики полноценно проводить занятия было невозможно. К нерадивому педагогу были применены методы дисциплинарного воздействия, которые не возымели действия — «бит батоги, а от пьянства не лишился». Тогда Я. В. Брюс в письме Н. П. Павлову распорядился: «И ты ево вели, сковав, в школе держать непрестанно, чтоб в учении учеников остановки не было».

Н. П. Павлов сообщил Брюсу, что «школьный учитель Спиридон… сыскан и скован». Неизвестно, водили ли Печорина на занятия скованного, либо же он представал перед учениками без кандалов, однако в течение трех недель занятия шли успешно. Тем не менее, в августе «зеленый змий» вновь одолел педагога, и он умудрился учинить в школе какое-то «бесчинство» и «неистовство». Брюс узнал об этом от посторонних людей. Разуверившись в своих воспитательных методах, Яков Вилимович велел Н. П. Павлову не только не пускать С. Печорина в школу, но и на двор, а жалованье ему на 1706 год не выдавать. Брюс предложил заменить его кем-либо из учеников или сыном П. Грана. Брюс особо подчеркивал, чтобы новый учитель мог свободно разговаривать и вести обучение на русском языке. Вероятно, младший Гран не вполне отвечал этим требованиям, и на место С. Печорина, которого в том же году алкоголь свел в могилу, учителем был взят «Верхней» школы (т. е. из старших классов) ученик Михаило Борисов, «для того что по свидетельству той науки… достоин».

В июне 1706 года «директор» Артиллерийской школы П. Гран подал жалобу на подьячего Т. Кудрявцева, что тот не дает для школы ни чернил, ни бумаги. И однажды из-за этого в течение трех недель не было занятий. Кроме того, он же не разрешает чинить школу, «где худые места».

За эти «бесчинства» Я. В. Брюс выговорил приказному дьяку: «При отъезде своем [в поход] приказал я ему [Кудрявцеву], чтоб он в деле оному ж учителю никакой остановки не чинил. И тебе велеть Кудрявцеву у хоромного строения все худые места починивать. Також для учения оных учеников чернил и бумаги давать неотложно, чтоб за тем во учении остановки никакой не было ж. И надлежало бы тебе самому над школою присматривать, чтоб мне таких бездельных докук не было».

В 1706 году в связи с нехваткой профессиональных кадров в армии Петр I издал распоряжение о немедленной отправке в действующую армию школьных учеников, которые прошли или заканчивают обучение.

В соответствии с указом государя Я. В. Брюс в августе отдал Н. П. Павлову распоряжения о присылке учеников в поход: «Которые ученики выйдут из науки у Грана, и ты, о науке их изяв у мастера скаску, буде они подлинно изучены, и тех учеников присылай ко мне немедленно. Також отпиши в Берлин к Алексееву, который там остался, чтоб писал немедленно, чему он изучился. И буде подлинно науку принял, что ему преж сего повелено учить, дабы ехал к Москве не мешкав, а лутчей, чтоб на Киев, и явился б у меня».

Вскоре начальник артиллерии получил ответ, в котором содержался список учеников, которые, по словам П. Грана, «изучились» артиллерийскому делу, проходят «инженерную науку» и могут быть присланы в поход. Это были два бомбардира — Алексей Головачев и Василий Наумов, а также Михайло Борисов.

В конце того же месяца Я. В. Брюс, повторяя почти дословно царский указ, написал в Приказ артиллерии о присылке в поход «школьных учеников и бомбардиров, которые выучились геометрии и артиллерии, пушечным и мортирным чертежам кроме тех, которые малолетки». Однако в конце письма напоминал дьяку: «А остальные непрестанно были б в науке, и посмотри в нижних Цыфирной и Словесной школах за мастерами сам».

Таким образом, уже в первые годы Северной войны, несмотря на определенные трудности с финансированием, подбором учителей, наличием учебных пособий, Артиллерийская школа стала настоящей кузницей профессиональных кадров для действующей армии. И огромная заслуга в этом принадлежит Я. В. Брюсу.

Занимался Я. В. Брюс и усовершенствованием конструкции лафетов, главным образом колес, потому что именно на последние было много жалоб.

Во-первых, уже в 1700 году был сформирован артиллерийский полк, объединивший полевую артиллерию. До этого артиллеристы (бомбардиры) только придавались пехотным частям. Самостоятельным родом войск артиллерия не была.