Старый лондонский мост
В феврале 1698 года у Брюса родилась дочь Маргарита, но прожила недолго, уже в марте скончалась. В 1699 году, по возвращении из Англии, Брюс участвовал в разработке воинского Устава.
В 1700 году Брюс был пожалован в генерал-майоры от артиллерии. В августе, сразу после подписания мирного договора России с Турцией, ему было приказано «выйти с блокиром в Ижорскую землю». Отряд Брюса должен был, выйдя из Москвы, подойти к Нарве и до начала осады блокировать подступы к крепости. Но из-за плохих дорог отряд Брюса шел очень медленно и прибыл в Новгород, находившийся на пути к Нарве, уже после того, как там оказался Петр I с основным войском. Поэтому царь приказал отстранить Брюса от командования войсками.
Исаак Ньютон. Худ. Кнеллера, 1689. Под руководством великого ученого Брюс, находясь в Англии, занимался математикой и астрономией
В кабинетных делах Петра сохранилась запись: «28 июля 1700 посланы из Москвы Яков Брюс, Иван Чамберс, Василий Корчмин до Новгорода наскоро. Они поспели в Новгород в 15 дней, за что гнев восприял от его величества Яков Брюс и от команды ему отказано. Послан, вместо Брюса, с полками, новгородский воевода Ив. Юр. Трубецкой». Тут, как говорится, не было бы счастья, да несчастье помогло. Воевода Трубецкой под Нарвой попал в плен. Скорее всего, Брюса, останься он здесь со своими частями, ждала бы та же участь. А это, безусловно, положило бы конец и его блестящей карьере при русском дворе, и научным изысканиям. Благодаря же опале Брюс не был ответствен за катастрофу под Нарвой и оказался одним из немногих офицеров-иностранцев, не скомпрометированных этим поражением. В 1701 году Петр возвратил Брюсу командование артиллерией и сделал его новгородским воеводой (главой новгородского приказа).
Великий Новгород. Гравюра из книги А. Олеария «Описание путешествия в Московию…». Середина 1630-х – первая половина 1640-х гг.
Из церковных колоколов по указу Петра было отлито 300 пушек, что в значительной мере возместило потери под Нарвой. Брюс командовал артиллерией при взятии Нотебурга (Шлиссельбурга) в 1702 году и Ниеншанца в 1703 году. В 1704 году он участвовал во взятии Нарвы и был за это награжден земельными наделами в Новгородской губернии. В этом же году Брюс возглавил артиллерийский приказ. Неслучайно в Петербурге его дом стоял рядом с Литейным двором, где днем и ночью лили пушки.
Вместе с Меншиковым Брюс сражался в Польше, где в 1706 году был произведен в генерал-поручики и удачно командовал артиллерией в победоносном для русских сражении под Калишем. За победу в этом сражении, происшедшем 18 октября, Брюс был награжден именным портретом Петра