1757年6月29日，庫克在德特福德三一府（Trinity House）通過航海長考試，取得資格掌管和駕駛英皇艦隻。在同一月，他加入HMS索爾貝號（HMS "Solebay"）擔任海軍上校羅伯特·克雷格（Captain Robert Craig）的航海長。不久以後，他在同年10月轉到HMS彭布羅克號擔任航海長，在北美一帶服役。當時正值七年戰爭，庫克在1758年參與英方海陸軍的聯合軍事行動，從法軍手上成功奪取路易斯堡堡壘，翌年，他又先後參與了魁北克圍城戰役和亞伯拉罕平原戰役。由於庫克在軍中展現出測量學和地圖學方面的才能，因此他負責在圍城戰役期間繪製聖勞倫斯河河口大部份地區的地圖，好讓英方陸軍主將詹姆斯·伍爾夫隨後在亞伯拉罕平原展開有名的突襲。