Необходимость создания новой мощной артиллерии русский царь прекрасно осознавал. Брюсу в этом отводилась первостепенная роль. Обширные теоретические знания, особенно в области математики, пристальное знакомство с материальной частью артиллерии в Вулическом арсенале в Лондоне в 1698 году, а также длительный боевой опыт позволили Я. В. Брюсу осуществить глубокие преобразования в области артиллерии.
Одной из важнейших проблем, стоявших перед воюющей со шведами Россией, была проблема обеспечения русской армии единообразным и надежным оружием. Для решения этой задачи Брюс разработал единую систему измерения всех частей артиллерийских орудий, в основу которой был положен калибр орудия. Им же был разработан и введены в практику русская артиллерийская шкала и артиллерийский вес. Шкала представляла собой металлическую линейку, на которой были нарезаны диаметры каменных и чугунных ядер, соответствовавшие определенным линейным калибрам. Этот инструмент служил основной мерой не только при проектировании, но и при проверке готовых орудий и снарядов. Кроме металлической линейки в качестве проверочных инструментов применялись кружала и циркули. Одновременно Я. В. Брюс ввел понятие об артиллерийском весе, при помощи которого определялись калибры орудий и снарядов. За единицу измерения был принят вес чугунного ядра диаметром 2 английских дюйма (5,08 см), вес составлял 1,2 торгового русского фунта. Этот вес получил наименование артиллерийского фунта, а ядро названо однофунтовым. Для разрывных полых снарядов был принят торговый вес.
Исполняя обязанности генерал-фельдцейхмейстера, Я. В. Брюс вникал во все процессы производства материальной части артиллерии, неукоснительно требуя единообразия в изготовлении не только орудий и снарядов, но также и лафетов, станков и даже колес к ним. Образцовые варианты их хранились в Приказе артиллерии. Те же требования он предъявлял и к производству стрелкового оружия. С принятием на вооружение в 1715 году штатных образцов ружей и пистолетов были введены и контрольноизмерительные инструменты. Для соблюдения точности калибра — медный эталонный цилиндр. Контроль за длиной стволов пехотных ружей и драгунских пистолетов осуществлялся при помощи деревянных шаблонов с печатью самого генерал-фельдцейхмейстера.
Я. В. Брюс принимал активное участие в разработке новых образцов вооружения. Известны его опыты над различными формами зарядных камор, в том числе и над вариантами так называемых «бутель-камор», приведшие к проекту конической каморы для гаубицы с длиной ствола в 10 калибров, т. е. удлиненной, что дало основание некоторым историкам материальной части артиллерии считать ее прообразом единорогов.
