1692 — назначен в Белгородский полк под командой Б. П. Шереметева.
1693 — пожалован в ротмистры (капитан кавалерии).
Участие в поездке Петра I в Архангельск.
1693–1694 — участие в строительстве Новодвинской крепости, судоверфей для торгового флота и закладке первого российского корабля «Святой Павел».
1694, сентябрь — возвращение в Москву вместе с делегацией Петра I.
1695, январь — произведен в чин майора.
24 января — женитьба на Маргарите (Марфе Андреевне) фон Мантейфель. Петр I присутствует на свадьбе в качестве посаженого отца.
Участие в первом Азовском походе в качестве одного из четырех инженеров, руководивших осадой Азова.
1695–1696 — активное участие вместе с братом Романом в строительстве судоверфей и закладке военно-морского флота на реке Воронеж. 1696 — участие во втором Азовском походе в качестве командира 9-й корабельной роты, затем артиллерийской батареи.
Произведен в чин полковника. Составил географическую карту Европейской России от Москвы до Черного моря.
1697, март — выезд из Москвы Великого посольства в Голландию и Англию.
19 декабря — приезд Брюса в Амстердам по вызову Петра Алексеевича «для обучения в Англии математике».
1698, январь — переезд в свите Петра I из Голландии в Англию.
Февраль — родилась дочь Маргарита.
Март — смерть дочери Маргариты.
Пребывание в Англии: встреча и знакомство с английскими учеными, закупка книг и приборов, найм специалистов и ученых для работы в России, знакомство с денежной реформой. Работа в лаборатории И. Ньютона. Написал научную работу «Теория движения планет».
1699 — участие в разработке Устава воинского. Проведение астрономических наблюдений. Оборудование первой государственной обсерватории в России.
1700, июнь — при учреждении регулярной армии присвоено звание генерал-майора от артиллерии.
Открытие обсерватории в здании Сухаревой башни.
Август — «Ругодевский поход». Начало Северной войны.
Ноябрь — поражение русской армии под Нарвой.
1701, май — открытие школы математических и навигацких наук в здании Сухаревой башни.
Назначение начальником Новгородского приказа — губернатором Новгорода. Поручение командовать частью артиллерии. Декабрь — участие в качестве «подручного артиллерии» во взятии Эрестфера под командованием Б. П. Шереметева.
1702, октябрь — участие во взятии крепости Нотебург (Орешек). Артиллерия под командованием Брюса выпустила по крепости более 600 ядер, 2500 бомб. «Зело жесток орех, но счастливо разгрызен», «Артиллерия наша зело чудесно дело свое исправила».
1703, май — июнь — закладка Петропавловской крепости (16 (27) мая 1703 года). Участие во взятии Ниеншанца, Яма, Копорья.
Июль — август — участие во взятии Дерпта.
1704, август — участие в осаде и взятии Нарвы, где Брюс командовал всей артиллерией. Пожалован земельными наделами в Новгородской губернии. Назначен исполнять обязанности начальника артиллерии — генерал-фельдцейхмейстера.
1705, сентябрь — участие во взятии Митавы и Бауска.
1705–1706 — совершенствование артиллерии: материальной базы, строевого устава, Артиллерийской школы, унификация артиллерии, отливка пушек на заводах по единым чертежам и технологии, клеймение орудий и ядер. Формирование Артиллерийского полка как самостоятельного рода войск.
1706 — поручение Петром осуществлять надзрение над Московской гражданской типографией В. О. Киприанова.
Март — выход в составе армии из окружения под Гродно.
Июль — присвоено звание генерал-лейтенанта.
18 октября — битва под Калишем. Победа над шведским генералом Мардефельдом. Брюс награжден именным портретом Петра I с алмазами.
1707, июнь — взятие Быхова.
1708, январь — родилась дочь Наталья. Начало похода шведской армии в Россию.
Нанесение ударов по армии Карла XII у Головчина и местечка Доброе. Битва при Лесной. Разгром армии и обоза Левенгаупта. Брюсу пожалованы «брянских посопных слобод… 219 дворов». Перевод первого печатного учебника «Геометрия словенски землемерия».
Перевод книги Кугорна «Архитектура крепостных строений».
1709, 27 июня — Полтавская битва и награждение орденом Святого Андрея Первозванного.
Издание в типографии Киприанова «под надзрением Брюса» 1-го и 2-го листов календаря, получившего в XIX веке название «Большой шестилистовый Брюсов календарь».
Октябрь — осада и взятие Риги, Ревеля, Перноу.
21 декабря — триумфальное вступление в Москву в составе русских войск в ознаменование победы под Полтавой.
1709–1710 — перевод книги Бухнера «Теория и практика артиллерии».
1710, 4 июля — капитуляция Риги.
Проведение Брюсом переговоров в Гданьске по взысканию пошлины.
1711 — участие в Прутском походе. Огромное опустошение в скоплениях турок.
3 августа — утверждение Брюса в должности генерал-фельдцейхмейстера. Поездка с Петром в Европу.
Октябрь — присутствовал на свадьбе царевича Алексея с принцессой Шарлоттой Вольфенбюттельской в Торгау. Знакомство с Лейбницем.
1712–1713 — Померанский поход, командование русской, датской и саксонской объединенной артиллерией. Взятие Штеттина. Найм на русскую службу офицеров, архитекторов, живописцев, садовников, мастеровых. Связи с европейскими учеными. Приобретение книг, приборов, произведений искусства.
1713 — переезд семьи Брюса из Москвы в Санкт-Петербург.
1714 — обвинен в противозаконных подрядах под чужим именем. Освобожден Петром I вместе с А. Д. Меншиковым и Ф. М. Апраксиным без проведения следствия.
1715–1716 — подготовка к изданию Географического атласа. Редактирование и перевод книги И. Гюбнера «Земноводного круга краткое описание» (первого учебника географии). Перевод и издание Азбуки для детей, Голландско-русского и Русско-голландского лексиконов. Приобщение В. Н. Татищева к занятиям географией.
