Россия же в этом направлении значительно отставала.
Русская артиллерия — «пушечный наряд» — комплектовалась личным составом аналогично стрелецким полкам: за свою службу пушкари получали денежное и хлебное жалованье или земельный надел. Служба пушкарей была наследственной. Подобно стрельцам, пушкари в свободное от службы время занимались торговлей и ремеслами. В военное время для обслуживания пушечного наряда привлекались дополнительно ратные люди, набранные от тяглового населения. Вся русская артиллерия подразделялась на «городовой наряд» (осадные и крепостные орудия) и «полковой наряд» (легкая и тяжелая полевая артиллерия). В составе полевой артиллерии выделяли «полковую», то есть приданную пехотным, стрелецким и солдатским полкам.
После разработки в 1621 году Устава ратных, пушечных и других дел, касающихся до воинской науки А. М. Радышевского началось усовершенствование старой русской артиллерии русскими мастерами. В XVII веке последними практически были решены проблемы создания нарезных и казнозарядных артиллерийских орудий. На русских мануфактурах в 1690-е годы проводятся попытки заменить и одновременно привести в единую систему их типы и калибры. И все же русская артиллерия в целом представляла собой разнотипную и разнокалиберную массу. Орудия были тяжелыми и вследствие этого малоподвижными. Дальность стрельбы и скорострельность русских орудий были незначительны. В войсках находилось большое количество орудий явно устаревших конструкций, некоторые из них были созданы еще в XVI веке.
Необходимость создания новой мощной артиллерии русский царь прекрасно осознавал. Брюсу в этом отводилась первостепенная роль. Обширные теоретические знания, особенно в области математики, пристальное знакомство с материальной частью артиллерии в Вулвическом арсенале в Англии в 1698 году, а также длительный боевой опыт позволили Я. В. Брюсу осуществить глубокие преобразования в области артиллерии.
Одной из важнейших проблем, стоявших перед воюющей со шведами Россией, была проблема обеспечения русской армии единообразным и надежным оружием. Для решения этой задачи Брюс разработал единую систему измерения всех частей артиллерийских орудий, в основу которой был положен калибр орудия. Им же были разработаны и введены в практику русская артиллерийская шкала и артиллерийский вес. Шкала представляла собой металлическую линейку, на которой были нарезаны диаметры каменных и чугунных ядер, соответствовавшие определенным линейным калибрам. Этот инструмент служил основной мерой не только при проектировании, но и при проверке готовых орудий и снарядов. Кроме металлической линейки в качестве проверочных инструментов применялись кружала и циркули. Одновременно Я. В. Брюс ввел понятие об артиллерийском весе, при помощи которого определялись калибры орудий и снарядов. За единицу измерения был принят вес чугунного ядра диаметром в два английских дюйма (5,08 сантиметра), вес составлял 1,2 торгового русского фунта. Этот вес получил наименование артиллерийского фунта, а ядро названо однофунтовым. Для разрывных полых снарядов был принят торговый вес.
Исполняя обязанности генерал-фельдцейхмейстера, Я. В. Брюс вникал во все процессы производства материальной части артиллерии, неукоснительно требуя единообразия в изготовлении не только орудий и снарядов, но также и лафетов, станков и даже колес к ним. Образцовые варианты их хранились в Приказе артиллерии. Те же требования он предъявлял и к производству стрелкового оружия. С принятием на вооружение в 1715 году штатных образцов ружей и пистолетов были введены и контрольно-измерительные инструменты. Для соблюдения точности калибра — медный эталонный цилиндр. Контроль за длиной стволов пехотных ружей и драгунских пистолетов осуществлялся при помощи деревянных шаблонов с печатью самого генерал-фельдцейхмейстера.
Я. В. Брюс принимал активное участие в разработке новых образцов вооружения. Известны его опыты над различными формами зарядных камор, в том числе и над вариантами так называемых бутель-камор, приведшие к проекту конической каморы для гаубицы с длиной ствола в 10 калибров, то есть удлиненной, что дало основание некоторым историкам материальной части артиллерии считать ее прообразом единорогов.