Таким образом, на Брюса возлагается большая ответственность – подготовка одного из основных городов-крепостей на пути Карла XII к Москве. Для этого необходимо было не только укреплять крепостные стены. Брюс занимается налаживанием промышленности, строит мельницы. Город для сдерживания многомесячной осады должен был обеспечивать себя боеприпасами, оружием, продовольствием, т. е. несколько месяцев находиться на полном самообеспечении при мощном силовом давлении и массированной бомбардировке города. Отсюда следует, какую активную работу проводит Яков Вилимович Брюс, находясь на должности губернатора Новгорода.

В 1701 году Новгород становится центром сосредоточения сил в войне против Швеции. Именно Новгородскому приказу Петр I велит «на реках Волхове и Луге, для нынешней свейской службы, под всякие полковые припасы и на дачу раненым людям, сделать 600 стругов…». Кроме постройки новых стругов, на этих реках, а также на Ладожском и Онежском озерах, на реке Свири и в Тихвине, было приказано переписать струги всех частных владельцев и приготовить их для участия в военных действиях. От местных жителей и знающих людей собирались подробные сведения о водных и береговых путях от устья Волхова к Орешку и далее по Неве до выхода в море. Поражение под Нарвой ускорило процесс реформирования русской армии, флота и артиллерии, проводятся рекрутские наборы, закладываются судоверфи на Ладоге.

Кроме того, генерал Брюс должен был принимать участие в военных действиях.

Летом 1701 года Б.П. Шереметеву было приказано с полками московского и новгородского поместного ополчения сосредоточиться в районе Пскова, Гдова и Печерского монастыря. Брюс исполнял обязанности «подручного начальника артиллерии». 24 сентября 1701 года из Ладоги он пишет Петру: «Михаило Щепотев привез порох, ядра и бомбы, против приказу; понтоны скоро будут. Я отпущу водою к тем 1500 бомбам, которые посланы сухим путем, и как скоро придут полки П.М. Апраксина, сам пойду». При этом, выполняя главную задачу, Брюс жалуется Петру на недостаток плотников и кузнецов, так необходимых для укрепления Новгорода.

В июле 1702 года из Архангельска Петр пишет в Москву Т.Н. Стрешневу: «…изволь приказать Брюсу, чтоб которое готовлено зимним путем, тоб изготовить водою, и еще 18-ти фунтовых (пушек) что есть, да 12 мортиров, а к ним по 1000 бомб и ядер и пороху, также шерсти и кульков, мотык и лопат, втрое передать зимним».

Исполняя это поручение, Брюс доставлял близлежащую артиллерию к Ладоге, а 25 сентября за недостатком лошадей начал отправлять ее к Нотебургу (впоследствии Шлиссельбургу), куда уже шел сам Петр с 13-тысячной армией под командованием фельдмаршала Шереметева. Здесь, при осаде Нотебурга, Брюс, по утверждению Хмырова, впервые командовал всей артиллерией. Артиллерия Брюса при взятии Нотебурга состояла из девятнадцати пушек полковых фунтовых, двенадцати пушек калибром 12 фунтов и двенадцати мортир, которые были расположены на двух батареях и двух кетелях. В период с 1 по 11 октября по крепости было выпущено более шести тысяч ядер калибром от 18 до 6 фунтов и, более того, 2500 трехпудовых бомб, причем употреблено пороха 4371 пуд.

Старое русское название Нотебурга – Орешек. После взятия крепости Петр I писал в письме к Виниусу: «Правда, что зело жесток сей орех был, однако, слава Богу, счасливо разгрызен. Артиллерия наша зело чудесно дело свое исправила».

После взятия Нотебурга Брюс возвратился в Новгород. Зимой 1702/03 года он дружески сошелся с генерал-фельдмаршалом Б.П. Шереметевым, который стоял с армией на зимних квартирах близ Пскова и Ладоги и часто выезжал к своему новгородскому соседу. Дружба соединила этих сподвижников царя неслучайно. Оба они обладали наибольшими талантами в ряду близких царю людей и были очень порядочными и достойными военными.

Борис Петрович Шереметев был единственным военачальником, заявившем герцогу Кроа, что диспозиция русских войск перед сражением с отрядом Карла XII под Нарвой 19 ноября 1700 года была в корне неверной. Поражение это было предсказано блестящим полководцем, но сам он был объявлен едва ли не главным виновником этого поражения. Полководческий талант Шереметева был оценен уже в 1701 году при взятии Лифляндии. За боевые успехи Борис Петрович произведен в генерал-фельдмаршалы и награжден высшей наградой России – орденом Святого апостола Андрея Первозванного.

Как уже отмечалось, в этих походах Шереметева Я.В. Брюс, исполнявший обязанности «подручного начальника артиллерии», принимал участие и был в подчинении Бориса Петровича. Теперь, в 1702 году, отношения начальника и подчиненного перерастают в дружеские, и в дальнейшем оба генерала постоянно поддерживают их.

В марте 1703 года Б.П. Шереметев в письме Петру сообщает о своей дружбе с Яковом Брюсом: «…про здоровье мое извольте выпить, а про ваше здоровье обещаюся быть шумен и обедать днесь стану у Якова Вилимовича».

Впоследствии эти отношения перерастут в близкие, сердечные. Влияло на них то обстоятельство, что каждый мог рассчитывать на дружеский совет и помощь при решении каких-то злободневных вопросов. Например, в 11 мая 1709 года Борис Петрович, рассчитывая на посредничество в своих отношениях с Петром Алексеевичем, обращался к Брюсу в письме: «Великий бы дал за то кошт, чтобы я тебя имел видеть персонально, понеже я тебя имею себе целым благодетелем, имея нужные до тебя интересы».

В марте 1703 года Шереметев и Брюс, первый с полками, а второй с артиллерией, двинулись, по царскому велению, к Ниеншанцу, который после пятидневной осады и одиночной бомбардировки к утру 1 мая 1703 года капитулировал. При осаде Ниеншанца использовались 16 трехпудовых мортир, 48 26- и 12-фунтовых пушек, каждая из которых сделала по девять выстрелов. При взятии Ниеншанца без штурма была захвачена вся артиллерии, 55 бомб, 195 бочек пороха, много ядер и картечи.

После взятия Ниеншанца Брюс принимает участие в военном совете, собранном для решения вопроса: «Тот ли шанец крепить, или иное место удобное искать (понеже оный мал, далеко от моря, и место не гораздо крепко от натуры), в котором положено искать новаго места, и по нескольких днях найдено к тому удобное место остров, который назывался Мост Еланд (т. е. Веселый остров), где 16 день мая… крепость заложена и именована Санкт-петербург».

Так, 16 (27) мая 1703 года был принят указ об основании города, ставшего впоследствии новой столицей России. Губернатором Санкт-Петербурга стал А.Д. Меншиков. Комендантом – полковник Рен (барон Карл Эвальд Магнусович Ренне (1663–1716)). Назначение произошло в день освящения новой крепости 29 июня 1703 года.

На этом посту, преобразованном в должность обер-коменданта, 20 мая 1704 года полковника Рена сменил брат Якова Вилимовича генерал-майор Роман Брюс.

После участия в военном совете, решившем судьбу Санкт-Петербурга, Я.В. Брюс весной 1704 года распоряжался доставкой из Петербурга и Шлиссельбурга под Нарву осадной артиллерии. При осаде Нарвы артиллерия Брюса состояла из 19 24-фунтовых, 22 18-фунтовых, 13 12-фунтовых, 12 трехфунтовых, двух 36-фунтовых, семи малых мортир и одной пудовой гаубицы. Во время осады Нарвы 1704 года по городу было выпущено 10 003 пуда пороха, 12 358 ядер, 5714 бомб. Артиллерийский обстрел Нарвы продолжался десять дней. В результате были пробиты многочисленные бреши и частично выведена из строя крепостная артиллерия, что и обеспечило успешный штурм крепости 9 августа.

А десять дней спустя, когда «Его Величество из Нарвы путь свой восприял в Дерпт со всеми министрами и генералитетом для показания им оной Дерптской фортеции (незадолго перед тем взятой Шереметевым), Брюс в числе прочих сопровождал Государя и после нескольких дней пребывания в Дерпте, со всеми прочими отпущен в Нарву, где он, как кажется, тогда же получил загородное место, на котором начал обзаводиться кое-каким хозяйством».

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.