Петр, ценивший разносторонние научные познания Брюса, в 1706 году передал в его ведение Московскую гражданскую типографию. Отсюда вышел первый календарь, получивший в народе название «Брюсова календаря». На самом деле составителем календаря был В. А. Киприанов, а Брюс только курировал его работу. Киприанов – житель московской ремесленной слободы Кадаши, торговец, поставлявший в Оружейную палату свечной товар, в то же время увлекался математикой, изучил навигацию, владел иностранными языками, освоил искусство гравирования, интересовался астрологией. Он составлял карты и учебные пособия, написал сочинение «Планетик», посвятив его царю Петру и царевичу Алексею. Как считают исследователи, «Планетик» и подал Петру идею выпустить общедоступный календарь. Источниками для календаря стали древнерусские отреченные книги – громовники, колядники и другие – и западноевропейская астрология. По гадательным таблицам календаря можно было получить предсказание на любой день любого года, что обеспечило календарю большую популярность не только в XVIII столетии, но и в XIX.
Россия постоянно беспрестанно воевала, и Брюс, руководивший артиллерией, прошел все военные кампании. Во время Полтавской битвы его орудия мощным огнем весьма способствовали победе русской армии, за что Яков Вилимович получил орден Андрея Первозванного. Английский посол Ч. Витворт в 1709 году сообщал, что Брюса высоко ценят при русском дворе: «Он очень хорош и с царем, и с князем Меншиковым». Дружбы Брюса искал фельдмаршал Б. П. Шереметев, писавший: «Паки прошу: не оставь меня в любви своей и не чини меня забвенна…»
Петр давал Брюсу и весьма деликатные поручения: поиск в Европе умов и талантов, которые могли бы послужить процветанию России. В 1711 году царь отправил его в Берлин «для найму мастеровых людей знатных художеств, которые у нас потребны». Вполне доверяя широким познаниям и деловой экономности Брюса, царь в сопроводительной грамоте писал: «И что он, генерал наш, им в контрактах обещает и заключит, то от нас все сдержано будет без умаления». В 1712 году Петр в письмах к Брюсу то просит навести справки об одном из немецких архитекторов и при благоприятном результате заключить с ним контракт, то поручает найти мастера редкой перспективной живописи, то переманить в русскую службу искусного садовника, устраивавшего королевские парки. Занимался Яков Вилимович и покупкой инструментов для научных и мореходных целей. Приобретал художественные произведения и редкости для царского собрания. Во время таких поездок он познакомился с немецким ученым Г. Лейбницем и потом вел с ним переписку.
Учредив Сенат, Петр назначил в него и Брюса, сделав его в 1717 году президентом Берг– и Мануфактур-коллегий. Теперь в ведении Брюса было развитие горнодобывающей промышленности и заводского дела в России. Однако в это же время он продолжал совершенствовать русскую артиллерию, пообещав царю, что сможет добиться большей скорострельности орудий. Обрадованный Петр отвечал: «Ежели сие сыщете, то великое дело будет, за которую вашу прилежность зело благодарствую». В том же 1717 году Брюсу пришлось стать дипломатом, на которого Петр возложил ответственную миссию. Вместе с А. И. Остерманом он отправился на Аландский конгресс для выработки условий заключения мира со Швецией.
Смерть шведского короля Карла XII прервала переговоры. Но в 1721 году они возобновились. Тонкая изворотливость Остермана и непоколебимая твердость Брюса удачно дополняли друг друга, а энергичная напористость, с которой русские посланники отстаивали интересы России, приводила в замешательство иностранных резидентов. Брюс и Остерман с честью выполнили возложенное на них поручение. По условиям Ништадтского мира к России отошли Лифляндия, Эстляндия, Ингерманландия, часть Карелии и Моонзундские острова. Петр, получив известие о таком окончании переговоров, был так доволен, что даже сбивчивый тон ответного письма передавал его волнение: «Нечаемая так скорая ведомость нас и всех зело обрадовала <… понеже трактат так вашими трудами сделан – хотя б написав нам и только бы для подписи послать шведам – более бы того учинить нечего, за что вам зело благодарствуем; и что славное в свете сие дело ваше никогда забвению предатися не может, а особливо николи наша Россия такого полезного мира не получала».
Брюс был возведен в графское достоинство и получил в награду 500 крестьянских дворов. В. Н. Татищев утверждал, что Петр, желая придать Брюсу значительности на переговорах, намеревался сделать его действительным тайным советником. Это второй после канцлера чин в «Табели о рангах». Но честный и щепетильный Брюс отказался и «сам его величеству представлял, что хотя он подданной, но иноверец, оный чин ему неприличен и может впредь его величеству подать причину к сожалению».