После смерти Петра I Нартов был отстранен от двора и направлен в Москву налаживать работу монетных дворов. С 1733 по 1735 гг. Нартов создаёт ряд оригинальных штамповочных прессов, работает над книгой о машинах и инструментах для монетного двора. Проверяя весы и гири на трёх Московских монетных дворах, Нартов обнаружил, что никакой точности весы не имеют, а для гирь нет единого стандарта. Нартов изобретает весы своей конструкции, требует создания единого государственного эталона веса. Нартова следует считать основоположником отечественной метрологии. По предложению Нартова была создана Государственная комиссия по учреждению меры веса. В 1738 г. на основе научных исследований он создал первые русские образцы меры длины и веса.
Для увековечения памяти Петра I Нартов работал над проектом триумфального столпа с изображением батальных сцен великой Северной войны и других военных побед Петра I. Но после смерти Екатерины I финансирование проекта было прекращено. В 1733 году Нартов создал механизм для подъема "Царь колокола". В 1738-1756, работая в Артиллерийском ведомстве, Нартов создал станки для сверления канала и обточки цапф пушек, оригинальные запалы, оптический прицел; предложил новые способы отливки пушек. В 1741 году Нартов изобрел скорострельную батарею из 44 трехфунтовых мортирок. В этой батарее впервые в истории артиллерии был применен винтовой подъемный механизм, который позволял придавать мортиркам желаемый угол возвышения. Им был также изобретен способ заделки сквозных трещин в стволе пушек, гаубиц и мортир. По заказу Канцелярии артиллерии и фортификации Нартов изобрел оптический прицел. В 1742 году академические мастерские, связанные с обработкой металла, стекла и дерева, объединились в одну общую «экспедицию лабораторий механических и инструментарных наук» под руководством Нартова.
2 мая 1746 г. был издан указ о награждении Нартова пятью тысячами рублей за артиллерийские изобретения. Кроме этого, ему отписали несколько деревень в Новгородском уезде. В 1747 г. он разрабатывал проект «шлюзных» ворот для Большого Кронштадтского канала и доков, работал в Кронштадте главным техническим экспертом Сенатской комиссии. В 1754 г. Нартов был произведен в генеральский чин статского советника. Скончался он в Петербурге 16 апреля 1756 г.