В 1771 году Брюсу было поручено, по случаю свирепствовавшей в Москве чумы, принять меры для предотвращения появления этой болезни в Петербурге. Брюс принялся за дело энергично, учредил карантины между двумя столицами, строго следил за приезжающими, запретил всякий вывоз товаров из пунктов, зараженных чумой, приказал осматривать и окуривать все привозимые товары и т. д.; благодаря таким мерам чума в Петербург не проникла.
Произведенный в 1773 году в генерал-аншефы, Брюс командовал войсками финляндской дивизии ввиду войны со шведским королем Густавом III. Хотя эта война и не ознаменована особыми успехами нашего оружия на сухом пути, тем не менее Брюс вскоре был награжден орденом Святого апостола Андрея Первозванного и после почти одновременной кончины генерал-губернаторов в обеих столицах (князя Александра Голицына в Петербурге и графа Захара Чернышева в Москве) был назначен на их место генерал-губернатором обеих столиц и главнокомандующим войсками в Москве.
Из дошедшей до нас переписки императрицы Екатерины с Брюсом, относящейся к этому периоду его деятельности, можно заключить, что градоначальник являлся только исполнителем предписаний императрицы, указывавшей ему постоянно на предметы, о которых он должен был бы озаботиться и сам по своей должности. Из тех же писем видно, что в бытность Брюса начальником Москвы производилась постройка различных казенных зданий, завершалось строительство Всесвятского каменного моста, благоустраивалась Красная площадь, очищался Охотный Ряд, в разломе стены, окружавшей Белый город, устраивались площади для торга и т. д. 7 октября 1785 года Брюс получил указ императрицы проинспектировать московские школы на предмет качества обучения Закону Божьему, насколько точно преподаются догматы православной веры, по каким книгам проводятся занятия, не допускаются ли суеверия, развращения и соблазны. Брюс составил особую комиссию из двух светских профессоров и двух лиц духовного звания и доносил Екатерине, что по осмотру комиссии ничего предосудительного не выявилось, хотя открылось, что во многих пансионах Закон Божий преподается небрежно.
Будучи человеком суровым, Брюс резко осуждал действия своего предшественника на посту градоначальника, графа Чернышева, и в особенности по отношению к масонам-мартинистам. Он прямо заявлял, что «будет делать зло мартинистам, ибо Императрица считает их подозрительными, и что вообще солидным людям неприлично принадлежать к их обществу»
