В 1720 г., после кратковременного пребывания при дворе прусского короля, он вернулся в Петербург и возглавил царскую токарню. В мастерской установил новые токарные машины, привезенные из-за границы и начал обучение молодежи токарному делу. Как позже писал сам Нартов: «…будучи при Дворе Его Величества по-прежнему при своей механической должности безотлучно, за что соизволил усмотреть прозорливыми очами блаженные и вечно достойные памяти государь император Петр Великий…»

Нартов изобрел множество оригинальных станков, предложил новые способы отливки пушек, создал скорострельную батарею из 44 трехфунтовых мортирок и оптический прицел. В 1724 г. Нартов представил Петру проект Академии художеств.

Наравне с Нартовым и его учениками в токарне часто работал Петр I, о котором Нартов оставил пространные воспоминания под названием «Достопамятные повествования и речи Петра I». Нартов моложе Петра на 20 лет, поэтому по-настоящему дружеских отношений между ними быть не могло. Но понимая, что личность, слова и поступки непокорного русского царя вызывают и будут вызывать еще долгое время жгучий интерес, начал записывать все, о чем слышал, и главное – сцены, которым сам стал свидетелем.

Вот что он вспоминает:

А.К. Нартов

«В беседах Его Величество бывал весел, разговорчив, обходителен в простоте, без церемонии и вычуров и любил около себя иметь веселых, но умных людей; досадчиков в беседе не терпел и в наказание тому, кто кого оскорбил словом, давал пить покала по три вина или ковш с вином, называемый Орел, чтоб лишнего не врал и не обижал; словом, он и гости его забавлялись ра́вно; неприметно было в нем того, что он был самодержавный государь, но казался быть простым гражданином и приятелем. <…>

Обыкновенно вставал Его Величество утром часу в пятом, с полчаса прохаживался по комнате; потом Макаров читал ему дела; после, позавтракав, выезжал в шесть часов в одноколке или верхом к работам или на строения, оттуда в сенат или в адмиралтейство. В хорошую погоду хаживал пешком. Обедал в час по полудни. В десять часов пил одну чарку водки и заедал кренделем; после того, спустя полчаса, ложился почивать часа на два; в четыре часа после обеда отправлял паки разные дела; по окончании оных тачивал; потом либо выезжал к кому в гости, или дома с ближними веселился… Голландские газеты читывал после обеда, на который делывал свои примечания и надобное означал в них карандашом, а иное – в записной книжке, имея при себе готовальню с потребными инструментами математическими и хирургическими. Допуск по делам пред государя был [в] особый кабинет подле токарной или в самую токарную. Обыкновенно допускаемы были: с доклада – канцлер граф Головкин, генерал-прокурор граф Ягушинской, генерал-фельдцейхмейстер граф Брюс, вице-канцлер барон Шафиров, тайный советник Остерман, граф Толстой, сенатор князь Долгорукий, князь Меншиков, генерал-полицмейстер Девиер, флотские флагманы, корабельные и прочие мастера; без доклада – князь-цесарь Ромодановский, фельдмаршал граф Шереметев, которых провожал до дверей кабинета своего… Даже сама императрица Екатерина Алексеевна обсылалась наперед, может ли видеть государя, для того, чтоб не помешать супругу своему в упражнениях. В сих-то комнатах производились все государственные тайности; в них оказываемо было монаршее милосердие и скрытое хозяйское наказание, которое никогда не обнаруживалось и вечному забвению предаваемо было. Я часто видал, как государь за вины знатных чинов людей здесь дубиною подчивал, как они после сего с веселым видом в другие комнаты выходили и со стороны государевой, чтоб посторонние сего не приметили, в тот же день к столу удостоиваны были. Но все такое исправление чинилось не как от императора подданному, а как от отца сыну: в один день наказан и пожалован. Сколь монарх был вспыльчив, столько и снисходителен; да иначе и быть ему почти не можно было по тем досадам, которые против добра, устрояемого им, чинились. При всем том был великодушен и прощал вины великие неоднократно, если раскаяние принесено ему чистосердечное».

А еще Нартов собирал афоризмы, остроумные высказывания Петра. Например: «Государь, точа человеческую Фигуру в токарной махине и будучи весел, что работа удачно идет, спросил механика своего Нартова: “Каково точу я?” И когда Нартов отвечал: “Хорошо”, то сказал Его Величество: “Таково-то, Андрей, кости точу я долотом изрядно, а не могу обточить дубиною упрямцов”».

Или просто мелочи, показывавшие, однако, как близок был автор к царю: «Некогда князь Меншиков, пришед к дверям токарной комнаты Его Величества, требовал, чтоб ею туда впустили, но, увидя в том препятствие, начал шуметь. На сей шум вышел к нему Нартов и, удержав силою туда войти хотевшего князя Меншикова, объявлял ему, что без особого приказа от государя никого впускать не велено, и потом двери тотчас запер. Такой неприятный отказ сего честолюбивого, тщеславного и гордого вельможу столь рассердил, что он в запальчивости, оборотясь, с великим сердцем сказал: “Добро, Нартов, помни это”. О сем происшествии и угрозах донесено было тогда же императору, который в то время точил паникадило в соборную церковь Святых Апостолов Петра и Павла, яко благоговейный дар, посвящаемый им Богу в благодарение за полученное им облегчение от марциальных вод, – на что Его Величество, рассмеявшись, произнес такую речь: “Где ж скрыться от ищущих и толкущих?” Потом, взглянув взором уверительным, сказал: “Кто дерзнет против мастера моего? Посмотрю. Невежество художеств и наук не терпит, но я наглость решу; подай, Андрей, чернила и бумагу!” Государь тотчас написал на токарном станке следующее и, отдав Нартову, промолвил: “Вот тебе оборона; прибей сие к дверям и на угрозы Меншикова не смотри”: кому не приказано, или кто не позван, да не входит сюда не токмо посторонний, но ниже служитель дома сего, дабы хотя сие место хозяин покойное имел. Сей собственною Петра Великого рукою писанный указ, данный мне, Нартову, находится у меня поныне соблюденным. После сего не являлись более докучатели, и тишина была около того места толь велия, что монарх, видя себя спокойным и забавляясь тем, механику своему говорил: “Теперь, Андрей, по почте ходящих сюда не слышно знать, грома колес наших боятся”, то есть обращения или движения колес махинных; но в самом деле мнил Его Величество чрез сие о прибитой к двери бумаге».

Или такую: «Когда Нартов просил Его Величество окрестить сына его новорожденного, тогда отвечал ему: “Добро!» И оборотясь к государыне, с усмешкою сказал: “Смотри, Катенька, как мой токарь и дома точит хорошо”. Окрестя, пожаловал он ему триста рублей да золотую медаль: подарок при крещении весьма редкий, ибо Петр Великий на деньги был не члив и свободнее давал деревни; тогда обещал государь ему деревню, однако за скоро приключившеюся болезнию и кончиною сего не воспоследовало». Разумеется, Нартов не был лишен тщеславия.

После смерти Петра токарню перевели в ведение Академии наук, а Нартова назначили советником Академии и управляющим механической экспедицией при ней. Умер Андрей Константинович в 1756 г. «Достопамятные повествования» изданы сыном Нартова Андреем Андреевичем. Нартов-младший также оказался человеком замечательным: он был ученым-естествоиспытателем, писателем, почетным членом Академии наук, основателем Вольного экономического общества, президентом Берг-коллегии и Российской академии, одним из основоположников лесоводства в России. Переводил на русский язык Лессинга, «Историю» Геродота, «Минералогию» И.Г. Лемана, «Металлургию» Д. Скополи и т. д.

Юная Наталья Алексеевна, младшая сестра Петра, долго жила в Преображенском. Совсем одиноко ей стало, когда в 1694 г. умерла Наталья Кирилловна, а в 1697 г. Петр уехал с посольством за границу.

В 1698 г. у Натальи появился приемный сын, вернувшись на родину, Петр заставил Евдокию Лопухину принять постриг, а образование и воспитание малолетнего царевича поручил сестре.