Während des Großen Nordischen Kriegs unterstützte Bruce die Entwicklung der russischen Artillerie. Einer seiner ersten Maßnahmen bestand darin, das Artillerieregiment zu schaffen. Danach trennte er die Feld- und Belagerungsartillerie. Er standardisierte das System der Pfundeinteilung der Artillerie, so dass ein russisches Pfund (0,4 Kilogramm) auf eine Eisenkugel von fünf Zentimeter kam. Er beaufsichtigte die Prüfung neuer Läufe, arbeitete eng mit den Gießern zur Verbesserung des Designs und der Qualität der Läufe zusammen und half bei der Ausfertigung genauer Pläne und Abmessungen der Läufe mit. Eine seiner bedeutendsten Leistungen war die Verringerung des Gewichts der Läufe, so dass ein 12-Pfünder von 120 auf 30 pud reduziert wurde. Auch die Fahrwerke verbesserte er mit dem Ziel, ihre Stabilität und Beweglichkeit zu verbessern. Dadurch wurden alle Bestandteile der Fahrwerke nach vorgegebenen Spezifikationen gefertigt. Als Artilleriekommandant führte er im Jahre 1709 den Kampf um Poltawa, wofür er zum Ritter des St. Andreas-Ordens erhoben wurde. Auch bei einer Reihe von Belagerungen (u. a. Belagerung von Wyborg) befehligte er die Artillerie.