В период Великой Северной войны со Швецией потребность в обученных офицерских кадрах неизмеримо возросла. В указе царя особо подчеркивалось, что «Школа оная не только потребна к единому мореплаванию и инженерству, но и артиллерии и Гражданству». В нее принимали сыновей дворянских, дьячих и подьячих, из домов боярских и других чинов от 12 до 17 лет, потом и 20-летних, «добровольно хотящих, иных же паче и со gринуждением». Ученики из семей, которые имели более 5 дворов крепостных, учились за собственный счет (своекоштные), прочие получали «кормовые» деньги.
Среди первых учителей Навигацкой школы были профессор Эбердинского университета Генрих Фарварсон, англичане Степан Гвин и Ричард Грейс, а также автор первого русского учебника арифметики Леонтий Магницкий. По своим знаниям он не уступал иностранцам и, по словам современника, ими «хотя и навигаторы написаны, только до Леонтия наукой не дошли».
Леонтий Филиппович Магницкий (1669–1739) — выходец из крестьян. Самостоятельно овладел грамотой и основами латинского языка. В 1694 г. окончил Славяно–греко–латинскую академию. Изучил математику, немецкий, голландский и итальянский яpыки. В Навигацкой школе преподавал со времени ее открытия до последних дней жизни, пройдя путь от преподавателя до начальника школы. В 1703 г. Л. Ф. Магницким была издана «Арифметика» — первый русский курс математики, которую М. В. Ломоносов впоследствии назвал наряду с «Грамматикой» М. Смотрицкого «вратами учености». В том же году при его участии было подготовлено русское издание логарифмических таблиц А. Влакка, а в 1722 г. изданы астрономические и навигационные таблицы.
В Навигацкой школе ученики проходили арифметику, геометрию, тригонометрию плоскую и сферическую, навигацию, морскую астрономию, а также краткие сведения по географии. Кроме того, желающие брали уроки по фехтованию. Простые сословия обучались в школе грамоте и счету, а потом служили писарями, помощниками архитекторов, в Адмиралтействе. Дворяне шли на флот, в артиллерию и инженеры. Учеников переводили из одного отделения в другое, или «из одной науки в другую» по мере обучения и готовности к делу. На освободившиеся вакансии тотчас принимали новых учеников. Навигацкая школа имела два подготовительных начальных класса, в одном из них обучали чтению и русскому письму, в цифирной школе проходили начальный счет с арабскими цифрами. В 1710 г. в Петербурге была учреждена Академия морской гвардии, в нее были переведены старшие классы из Навигацкой школы, а Московская школа превратилась в ее подготовительное отделение.
С 1712 г. в Москве начала действовать Инженерная школа, а с 1719 г. — Петербургская инженерная школа. В 1725 г. они были объединены в одну Петербургскую инженерную школу. В 1712 г. также была образована школа при артиллерийском полку, а в 1721 г. — Особая школа при Петербургском лабораторном доме для уже состоявших на службе артиллеристов.
Решение политических задач, поставленных еще предшественниками Петра, зависело только от мощи военной силы русских. Знакомство с теоретической стороной военных дисциплин также было необходимо, как и знание иностранных языков. С их помощью можно было повысить уровень знаний в различных областях наук. С открытием Академического университета при Академии наук была установлена связь с научным миром других стран.
Следует отметить, что воинскому воспитанию солдатских детей положил начало Петр I. В 1721 г. он повелел при каждом гарнизонном полку учредить школу на 50 солдатских детей для обучения грамоте и мастерствам. Таких школ было образовано 49. В них принимались мальчики от 7 до 15 лет и если они обнаруживали способности и преодолевали начальный курс, то специализировались по следующим направлениям: 10 человек обучались артиллерии и фортификации, 20 — пению и музыке, 10‑мастерствам и 10 — письмоводству. Школы с самого зарождения претендовали на универсальность даваемых знаний и навыков. Этот принцип сохранялся и в дальнейшем, оттого–то из военных воспитанников вышло немало деятелей, проявивших себя в различных областях. С 15-летнего возраста отроки поступали в армейские и гарнизонные полки, а наиболее способные оставлялись в школах еще на три года для особого усовершенствования. Школы эти находились под попечительством губернских начальников: вице–губернаторов, губернаторов и генерал–губернаторов.