Государь пристрастился к технике еще во время юношеских экзерцеций, а знаниями военного и морского дела вооружился в Голландии. Он прекрасно понимал, что без инженеров и математиков России не достичь континентального величия. 14 января 1701 года в Москве за парту сели первые ученики Школы математических и навигацких наук. По существу, она была провозвестником полноценного офицерского инженерного образования Российской империи. Ее нередко называли еще Школой Пушкарского приказа. Во главе учреждения стал Яков Вилимович Брюс. Он подчинялся Федору Алексеевичу Головину, руководителю Оружейной палаты, ведавшей ее делами.

Характер преподаваемого материала был разнородным. От навигации и штурманского дела до элементарной грамоты. В младших классах учили письму, арифметике, тригонометрии, геометрии. В старших – немецкому языку, математике, практическим наукам морского и инженерного дела. Среди ее выпускников можно встретить не только военных моряков или артиллеристов, но и учителей и чиновников, писарей, мастеровых. Школа существовала аж до 1753 года. По царскому велению под занятия отводилась ныне не существующая Сухарева башня с землей. В 1706 году контроль над обучением получает Приказ Морского флота, а в 1712-м – Адмиралтейская канцелярия. Главным ее контролером с этого момента стал Федор Матвеевич Апраксин.

Царский указ 16 января 1712 года гласил: «…Школу инженерную умножить, а именно учеников из русских, которые учены цифири или на Сухареву башню, для сего учения посылать, а когда арифметику окончат, учить геометрию столько, сколько до инженерства надлежит; а потом отдавать инженеру учить фортификацию и держать всегда полное число 100 человек или 150, из коих две трети или по нужде были из дворянских людей…» Тот же указ перевел часть учеников в Санкт-Петербург, где те продолжили обучаться в новообразованных артиллерийской и инженерной школах.

В 1715 году статус Школы навигацких наук меняется. Она утрачивает прежний вид и становится притвором Морской школы в Петербурге. Ее навигаторские классы перевели в столицу, а ей придали статус подготовительных курсов.

Вместе с тем страна, нуждающаяся в рудознатцах, логичным образом нуждалась и в профильных горных школах. Так, при Олонецком и Уральском заводах петровской волей таковые открываются. Кроме того, развивалось начальное образование. В 1705 году появилась первая гимназия. Открытые в 1714 году цифирные школы стали инструментом массового просвещения, обязанные «детей всякого чина учить грамоте, цифири и геометрии». Прообразом школ был класс Школы математических и навигацких наук, открытый в 1701 году для обучения детей элементарным навыкам счета и письма. Также во время пребывания царя в Воронеже там предприняли попытку завести классы, для чего набрали 90 человек и доставили из старой столицы «букварей на славянском и на латинском языке 49, азбук 300, псалтырей 130, часословов 100 и арифметик 48». Федор Матвеевич Апраксин отчитывался Петру: «В арифметике… из драгунов учатся 90 человек и принялись изрядно, чаем, к августу что нужно докончают, и отдам их по делам». Реализация образовательного проекта была поручена Церкви: так, цифирные классы открывались при архиерейских домах и монастырях. Отпрыски людей духовного звания постигали геометрию и счет насильно: противящиеся могли стать солдатами, перейти в податное состояние и забыть про брак.

На деле только в 1715 году мероприятие по всеобщему просвещению получило серьезный импульс. В каждую губернию делегировались два выпускника Школы математических наук, должным образом владеющих географией и геометрией. В 1716 году арифметических школ было 12, в 1720–1722 гг. их число приросло еще 30. За парту садились дети приказных в возрасте от 10 до 15 лет с прицелом впоследствии пополнить чиновничий корпус. Правило простояло до 1719 года, когда «всякого чина дети, кроме однодворцев» были усажены учиться писать. 2000 детей состояли в этих заведениях по данным на 1720 год. 931 из них был из духовенства, 402 – из солдат, 374 приказных и 93 посадских чада. 53 человека имели аристократическое, дворянское или боярское достоинство. Солдатские же дети могли постигать грамоту в специально заведенных гарнизонных школах. Со временем преподавательский корпус стал наполняться по желанию Морской академии. Таким образом, вся система начального образования контролировалась из Адмиралтейского приказа.

Педагогический инструментарий был богат и отвечал характеру эпохи. Мало того, что за парту сажали не добровольно, но еще и в классах дежурил солдат, хлыстом воспитывавший громких школяров. По мнению государственных мужей, на их поведение плодотворно влияли битье батогами и сажание на цепь в классе.

В 1720 году посадские люди били государю челом: «в помянутыe школы принуждают их высылкою детей их, и держат из них многих в тюрьмах и за караулом, а дети де их от 10 до 15 лет обучаются купечеству и вступают в торговые промыслы и сидят в рядах за товарами, и ныне де многие из них с отцами и с братьями и с свойственниками и с товарищами в отъездах для торгов в дальних городах. А с торговых де промыслов отцы их платят таможенные пошлины и всякие подати и службы служат и ежели де детей их купецких людей повелено будет брать в те школы, то они от торговли и промыслов своих вовсе отстанут и обучиться уже впредь торговому промыслу будет невозможно, а вышеписанной де науке многие из детей их обучаются и сами собою. И чтобы Великий Государь пожаловал их, не велел в выше объявленные школы с посаду детей их имать, дабы оттого в положенных на них податях и сборах таможенных пошлин умаления не было, а им бы оттого в разорении не быть». Духовенству и посадским людям разрешили переводить своих отпрысков в церковные школы либо же обучать их промыслам. С начала 1720-х цифирные классы начинают плавно увядать: по состоянию на 1727 год их действовало всего 28 с контингентом из 500 учащихся детей. Из закрытых из-за отсутствия учеников школ учителя возвращались в Петербург. В 1744 году они прекратили свое существование.