Вскоре после смерти императрицы Елизаветы Петровны вступивший на престол император Пётр III назначил Монсея архиатром и директором Медицинской канцелярии. В царском указе говорилось: «Во всевысочайшем уважении искусства, прилежания и трудов, с каковыми действительный статский советник лейб-медик Яков Монсей по его знанию и искусству всеусердствуя службу оказывал блаженныя и вечной славы достойныя памяти государыне императрице, вселюбезнейшей Е.И.В. тётке Елисавете Петровне, Е.И.В. всемилостивейше пожаловали его Монсея за эту его верноусерднейшую и долговременную службу Е.И.В. архиатром, первым лейб-медикусом и главным директором над медицинскою канцеляриею и всем медицинским факультетом во всей российской империи и с жалованием по 7000 рублёв ежегодно, и притом он собственною своею персоною в единственном Е.И.В. ведении состоять и прямо от Е.И.В. повелений зависеть имеет, о чём сенат имеет ведать и куда надлежит послать указы».
В одном из своих писем Монсей писал: «…меня позвали ко двору, без всякого желания с моей стороны, и назначили первым врачом императрицы и государственным советником, что соответствует чину генерал-майора. Мне посчастливилось заручиться доверием императрицы, и проживи она дольше, я убеждён, что она осчастливила бы мою семью. Моё поведение во время её болезни, успехи в лечении и оправданность моих прогнозов увеличили мою репутацию. Так, после смерти императрицы я обнаружил, что завоевал доверие как правительства, так и публики. Нынешний император (Пётр III. — Б.Н.), который давно знал и уважал меня, после своего воцарения сделал меня тайным советником, первым врачом и архиатром. Последние два слова покажутся вам синонимами, но это не всегда так, поскольку в этой стране архиатр является главным директором Медицинской канцелярии и всего факультета и всех медицинских дел по всей империи, что вы и представить себе не можете. Первые врачи других монархов могут быть велики сами по себе. Но их величие не идёт ни в какое сравнение с моим. И, благодаря Богу, я не только уважаем и любим моим государем, но также обладаю доверием и дружбой всей нации». (Цит. по книге М.Б. Мирского «Медицина России XVI–XIX веков». М., 1996. С. 116.)
Будучи опытным военным медиком, Я.Ф. Монсей особое внимание обратил на совершенствование военно-медицинской службы, которая составляла тогда основную часть государственной медицины в России. 28 февраля 1762 г. он представил императору Петру III доклад «О приведении управления медико-хирургических и аптекарских наук, яко самонужнейшее для пользы общества дело, в лучшее состояние». Одновременно им был представлен «План о рангах принадлежащих Его Императорского Величества к медицинскому факультету чинов». Император согласился со всеми предложениями и наложил резолюцию: «Быть по сему». На основании этих, одобренных императором предложений Монсея указом Правительствующего сената почти весь «медицинский факультет» России получил более высокие чины и прибавки к жалованью.
Я.Ф. Монсей также составил «Наставление служащим в полках, во флоте и других командах лекарям, как поступать при отправлении своей должности», которое должно было заменить устаревшие медицинские разделы «Воинского устава» Петра I. В «Наставлении» особое внимание обращалось на обязательное и тщательное ведение «лазаретных книг» и «скорбных листов» (т.е. историй болезней), на необходимость повышения профессионального уровня медиков. По инициативе Монсея была учреждена должность главного полевого доктора армии.
Я.Ф. Монсей много внимания уделял и гражданскому здравоохранению: он предлагал, помимо городовых врачей, иметь ещё и губернских, и провинциальных докторов, или ланд-физиков. Это предложение также было одобрено императором, который 3 июня 1762 г. высочайше утвердил доклад архиатра. Однако через месяц и три дня, 6 июля 1762 г., в результате дворцового переворота император Пётр III был свергнут с престола и вскоре убит заговорщиками в Ропше.
Как первый лейб-медик России, Монсей неусыпно следил за здоровьем императора Петра III, давал ему советы гигиенического характера, лечил в случае возникновения какого-либо заболевания. После смерти императора Петра III от «припадка сильнейшей геморроидальной колики», как гласило официальное сообщение, доктор Монсей, знавший о действительной причине его смерти и обязавшийся «хранить глубокое молчание», 22 июля 1762 г. именным указом императрицы Екатерины II был уволен якобы «по слабости здоровья».
В 1763 г. он уехал на родину в Шотландию, где был избран почётным членом Королевского колледжа врачей в Эдинбурге. Умер Монсей 2 февраля 1773 г.