Получив дома в Немецкой слободе прекрасное для того времени образование, Брюс рано пристрастился к математическим и естественным наукам, которыми не переставал заниматься всю жизнь. Записанный вместе с братом в царские потешные войска в 1683 г., Я. Брюс был в 1687 г. произведён в прапорщики и участвовал в походе князя Голицына в Крым, после чего был награждён небольшим поместьем. В 1689 г., после второго крымского похода, Брюс снова получил в награду поместье и деньги.