При пехотных полках находилось 53 орудия полковой артиллерии (дивизия Алларта — 13, Репнина — 10, Меншикова — 10, бригада ездящей пехоты — 20), обслуживаемых 186 артиллеристами. В распоряжении драгунских полков находилось 13 2-фунтовых орудий, перевозившихся в конной упряжке. Каждое такое орудие обслуживали 1 канонир и 2 фузилера.
Артиллерия располагала большим запасом пороха и снарядов. Так, на каждое 3-фунтовое орудие имелось по 50 зарядов картечи и 138 ядер. Русская армия вступила в бой, имея в своем распоряжении 102 орудия. На начальном этапе сражения 87 орудий находились в укрепленном лагере. На втором, главном, этапе схватки на поле боя вели огонь 55 полковых и 13 конных орудий.
П. А. Кротов на основании новых, открытых им архивных документов приводит следующий состав русской артиллерии, сосредоточенной у Полтавы: 32 полевых, 37 полковых, 20 — гвардейской бригады, 17 драгунских орудий и 20 пушек-мортир (для стрельбы 3-фунтовыми ядрами и 6-фунтовыми гранатами), то есть 126 артиллерийских стволов.
Уже при штурме редутов шведы понесли ощутимые потери. А когда часть пехоты во главе с генералом графом А. Л. Левенгауптом попыталась атаковать ретраншемент, генерал-фельдцейхмейстер Я. В. Брюс специально подпустил шведскую пехоту на дальность картечного огня (200–300 шагов). Только после этого 87 орудий русской артиллерии, находившейся в укрепленном лагере, открыли огонь. За стеной образовавшегося дыма шведы в течение 45 минут могли двигаться навстречу выстрелам, но ближе 64 метров так и не смогли подойти. Жестокость потерь заставила шведских генералов около 6 часов утра отозвать атакующих, отмечают Н. Павленко и В. Артамонов.
На генеральном этапе сражения русская артиллерия буквально выкашивала ряды вражеской армии, что и привело в итоге к ее разгрому.
«Массированный удар русской артиллерии явился переломным моментом в ходе Полтавского сражения, подготовившим переход всей русской армии в наступление» — пишет Е. Колосов
Якову Брюсу была пожалована высшая награда России — орден св. Андрея Первозванного и, как водится, крупное поместье. Это вознаграждение было совершенно заслуженным.
В 1710 г. Яков Брюс участвовал во взятии Риги и Кексгольма, а затем отправлен с дипломатической миссией в Польшу. Россия готовилась к новой войне с Турцией и искала союзников для участия в этой кампании.
29 мая 1711 г. в Яворове Яков Брюс, среди немногих приближенных, присутствует на негласной церемонии бракосочетания Петра и Екатерины. Начинался бесславный Прутский поход 1711 г., после которого Россия надолго лишилась всех своих территориальных приобретений на Черном и Азовском морях. Вступившие в турецкие пределы русские войска располагали 122 орудиями. Брюс жаловался Шереметеву, что многие артиллеристы «уже не ели ничего дней по пяти и по шти (шести)».
Тем не менее на военном совете, созванном в его палатке 14 июня после форсирования Днестра, Яков Виллимович поддержал идею дальнейшего движения вглубь неприятельских владений, идею, в конечном итоге чуть не повлекшую за собой крах России.
Петр был настолько обнадежен письмом валашского князя Кантемира, который обязался предоставить в его распоряжение 30 000 своих людей, что полагал возможным идти вперед, не дожидаясь прибытия задержавшихся в пути частей. Лишь генерал Галлард нашел в себе силы выразить сомнение в успехе похода, напомнив царю о судьбе Карла XII, погубившего свою армию под Полтавой в сходных обстоятельствах.
Печальные последствия рискованных действий не замедлили явиться. Подошедшие к реке Прут русские войска оказались окружены многократно превосходящей их турецкой армией. На другом берегу, как стервятники, поджидали крымские татары и шведы. От мгновенного разгрома петровские войска спасло только то, что турки не догадались о своем подавляющем преимуществе: русские начали сжигать лишнее имущество, готовясь к прорыву из окружения налегке; множество костров ввело турок в заблуждение относительно численности русских войск.
В печально знаменитом Прутском сражении 9-10 июля 1711 г. артиллерия Брюса действовала великолепно, хотя и на пределе своих возможностей, но только скорый мир мог спасти армию и царя, и Яков Виллимович одним из первых поддержал идею начала переговоров с турками. В конечном итоге русской армии удалось сохранить даже пушки и отступить с достоинством.
Для самого Якова Брюса этот год стал пиком его военной карьеры. 3 августа 1711 г., вскоре после смерти в шведском плену князя Имеретинского, Петр присвоил Брюсу звание генерал-фельдцейхмейстера. Он по-прежнему неотлучно находился при царе, который с частью армии вновь отправился в поход против шведов в Германии.