Вскоре Брюс сам был назначен к армии, стоявшей под стенами Шлиссельбурга. Он получил командование всей русской артиллерией (51 осадное орудие, не считая полевой артиллерии) и проявил в присутствии Петра I качества умелого артиллерийского начальника: перед штурмом Нотебурга артиллерия создала в городе несколько больших пожаров, хоть и смогла пробить брешей в толстых стенах крепости. Пётр был доволен действиями Брюса, отметив в сообщении о победе, что "«артиллерия наша зело чудесно дело своё исправила»". В 1703 году Брюс участвовал во взятии Ниеншанца (крепость капитулировала после суточной артиллерийской бомбардировки без штурма), присутствовал при закладке крепости Санкт-Петербурга, после чего двинулся к Копорью. В 1704 году Брюс был официально назначен исправлять должность генерал-фельдцейхмейстера русской армии (занимавший ей царевич Александр Имеретинский с 1700 года находился в шведском плену после битвы при Нарве).