Полотняный двор находился в низине Замоскворечья, потому из-за этого неудобства, едва успели начаться занятия, учителя стали писать письма о том, чтобы Школу перевели в новое место, «где б в пристойном и на высоком месте, что б нам мочно горизонт видеть и примечать обсервацию».
В это время перестраивалась Сретенская башня к северу от Кремля (после смерти Петра I в 1725 г. называемая Сухаревой – в честь полковника стрелецкого полка Лаврентия Сухарева). «Сретенская по Земляному городу» башня имела три этажа и стояла на высоком месте, и с ее смотровых площадок можно было беспрепятственно видеть горизонт, что было необходимо для измерения высот светил на небосводе. Размеры здания в плане составляли приблизительно 42×25 м. Уже в 1698 г. архитектор М. И. Чоглоков, вернувшись после обучения в Европе, с ориентацией на будущую Навигацкую школу оборудовал на ней смотровые и астрономическую площадки, саму башенку укрепил и сделал выше, украсив ее курантами (вклейка 1.1).
Школа переехала в Сретенскую башню 23 июля 1701 г. В верхнем ярусе находились классы и «Рапирная зала» в 19 оконных проемов, где занимались фехтованием, гимнастикой и др. В нижнем этаже здания, в сводчатой палате, находился большой медный глобус, привезенный еще царю Алексею Михайловичу из Голландии. С западной стороны к башне был пристроен деревянный амбар, где поставили модель парусника для изучения устройства корабля. С площадок башни производились астрономические наблюдения.
Сподвижник Петра I полковник Я. В. Брюс (1669—1735), родившийся в Москве потомок шотландских королей, будучи широко образованным офицером, организовал в башне обсерваторию, оснастил ее инструментами и сам обучал наблюдениям, в том числе и самого царя Петра, в частности учил определять долготу места методом наблюдения солнечных затмений.
Школу определили в ведомство Оружейной палаты, где велся учет всех мастеровых людей. Ее глава Федор Алексеевич Головин, генерал-адмирал, стал и первым руководителем Навигацкой школы. Фактическое управление и надзор за состоянием дел в Школе поручили дьяку Оружейной палаты Алексею Александровичу Курбатову.
Навигацкая школа имела общеобразовательное направление с дальнейшей специализацией, в основном детей дворян, в области навигации. Начальные классы назывались Цифирной школой из-за изучения в ней арифметики. В начальную школу принимали молодых людей, умеющих читать и писать по-русски. Навигация изучалась уже на английском языке.
В противовес распространенному в настоящее время мнению, учеников Навигацкой школы не называли гардемаринами, а использовали термины «ученик» или «школьник».
Необходимо отметить, что Навигацкая школа готовила молодых людей «во все роды службы, военной и гражданской», которые требовали знания некоторых научных сведений, в основном по геометрии