На первом этапе реформа школьного образования затронула главным образом Москву, где были открыты несколько десятков различных учебных заведений, в частности Артиллерийская (1699) и Навигационная (1701) школы, гимназия пастора И.Э. Глюка (1703), в которой обучали иностранным языкам, школа переводчиков при Посольском приказе (1705), Медицинское училище (1707) и Инженерная школа (1712).
На втором этапе реформа образования докатилась до провинции, где была открыта целая сеть различных учебных заведений:
1) В 1711―1713 гг. для обучения дворянских детей основам геометрии, геодезии, астрономии, навигации и мореплавания были открыты Навигационные школы в Новгороде, Ревеле и Нарве. А в 1715 г. в новой столице — Санкт-Петербурге была открыта знаменитая Морская академия, где изучали кораблестроение, навигацию, фортификацию и другие специальные дисциплины.
2) В 1714 г. по личному указанию Петра во всех губернских и крупных уездных городах для обучения детей дворян, приказных дьяков и подьячих были созданы 42 цифирных школы, в которых выпускники знаменитой Навигационной школы обучали недорослей арифметике и началам геометрии. Все эти заведения находились в ведении Адмиралтейства, которое определяло перечень предметов и программу обучения этих школяров.
3) В 1716–1721 гг. при металлургических заводах Урала и Олонецкого края были созданы горные школы, где всех школяров наряду с основами точных наук обучали основам геодезии, геологии, рудного дела и металлообработки. Большой личный вклад в создание горных школ на Южном и Среднем Урале внес выдающийся русский историк и государственный деятель Василий Никитич Татищев, по инициативе которого были открыты Уткусская (1720), Кунгурская (1721) и ряд других горных школ.
4) В 1721 г. по личному указанию Петра I для солдатских детей были открыты гарнизонные школы, в которых будущих рекрутов сначала обучали грамоте, а затем более способных — артиллерии и фортификации, письмоводству или слесарному мастерству, а менее способных — столярному, кузнечному, сапожному и другим ремеслам.
5) В 1722 г. для обучения детей приходского духовенства при Святейшем синоде, монастырях и архиерейских домах были открыты 46 епархиальных школ, в которых главными предметами были основы богословия, грамматика, риторика, гражданская и священная история. Кроме того, в ведении Священного синода находились Киево-Могилянская духовная (1632) и Славяно-греко-латинская (1687) академии и три школы — Славяно-российская, Славяно-латинская и Еллино-греческая.
В первой четверти XVIII в. в результате углубления культурных и научных связей со многими странами Европы появилась возможность направлять на учебу в Голландию, Францию, Англию и Германию наиболее способных и одаренных учеников. Всего же в годы петровских реформ через европейские университеты, колледжи и школы прошло более 1000 волонтеров, которые получили основательные знания по кораблестроению, геологии, медицине, инженерному и артиллерийскому делу, архитектуре, живописи и другим специальностям.
Создание целой сети различных учебных заведений шло рука об руку с изданием разнообразной учебной литературы. В 1701–1710 гг. директор московского Печатного Двора и Синодальной типографии Федор Петрович Поликарпов-Орлов опубликовал целый ряд учебных пособий собственного сочинения, в том числе «Букварь словенскими, греческими и римскими письмены учатися хотящим», «Грамматику славянскую» и «Славяно-греко-латинский лексикон». В 1703 г. была опубликована знаменитая «Арифметика, сиречь Наука числительная», автором которой был Леонтий Филиппович Магницкий, который в том же году в соавторстве с известным английским математиком А. Фарварсоном опубликовал «Таблицу логарифмов и синусов». В том же 1703 г. вышли в свет «Новый способ арифметики» и «Таблицы синусов и тангенсов» Василия Киприянова, а в 1722 г. была опубликована знаменитая «Наука статистическая, или механика», автором которой был Григорий Скорняков-Писарев. Наконец, в 1720 г. ближайший сподвижник Петра, будущий вице-президент Святейшего синода Феофан Прокопович составил не менее знаменитое «Первое поучение отрокам».
Крупный вклад в развитие отечественной науки внесли выдающиеся русские географы и путешественники, которые оставили уникальные описания многих ранее неизведанных земель. В 1697―1699 гг. бывший устюжский крестьянин Владимир Васильевич Атласов возглавил экспедицию на Камчатку и Курильские острова, а затем на собственные средства составил и издал первое этнографическое и географическое описание этих уникальных восточных окраин Российского государства. В 1711–1714 гг. устюжские землепроходцы совершили еще одну экспедицию на острова Курильской гряды, а в 1719 г., под руководством Ф.Ф. Лужина и И.М. Евреинова состоялась новая экспедиция на Чукотский полуостров, в ходе которой было подробно исследовано все побережье будущего Берингова пролива, отделявшего Евразию от Америки.
В 1720―1724 гг. во исполнение сенатского указа была организована и проведена первая научная экспедиция для комплексного изучения Сибири, которую возглавил Даниил Готлиб Мессершмидт, в ходе которой был собран уникальный исторический и этнографический материал, который позволил подробно изучить быт, нравы и религию эвенков, якутов, чукчей и других аборигенов Сибири и Дальнего Востока. Эта экспедиция собрала большой и разнообразный материал о флоре, фауне и полезных ископаемых этого обширного и богатого российского региона. А в 1722―1725 гг. под руководством И. Унковского, Ф. Беневенина и А. Бекович-Черкасского были проведены успешные экспедиции на территории Хивинского ханства, Бухарского эмирата и на озеро Иссык-Куль.