Грейг был ближайшим и надежнейшим сотрудником адмирала Сенявина в Корфу, выдающимся боевым деятелем при взятии Тенедоса и в сражениях при Дарданеллах и Афонской горе. При учреждении комитета для улучшения портов он состоял презусом кронштадтской экспедиции и потом, в комитете под председательством графа А. Р. Воронцова, между заслуженными адмиралами был единственным членом, имевшим штаб–офицерский чин. В Отечественную войну 1812 года Грейгу, состоявшему при главнокомандующем армией адмирале Чичагове, поручены были дипломатические сношения, для склонения некоторых держав к союзу с Россией против Франции; а в следующем 1813 году он начальствовал гребным флотом при осаде Данцига и за отличие произведен был в вице–адмиралы.

Состояние Черноморского флота, портов и городов, поступивших под управление Грейга, находилось в крайне беспорядочном, запущенном положении; почти все требовало немедленных и значительных исправлений и улучшений, а многого и вовсе не было. Новый главный командир приступил к своей разнообразной и трудной работе с присущей ему сообразительностью, энергией и глубокими специальными сведениями.

За судостроение он принялся как отличный знаток теории и практики кораблестроения; держась параболического способа при образовании линий подводной части, он, следуя лучшим английским образцам, составил чертежи кораблей, фрегатов и разного рода мелких судов. Для увеличения их прочности слабый лес, получаемый из Польши, Грейг заменил более крепким из подольских казенных лесов. Начав строить суда по системе Сепингса, Грейг вводил все новые усовершенствования: железные кницы, медное крепление и обшивку медью подводных частей. На некоторые из этих полезных улучшений указывали уже давно, но приводили их в исполнение чрезвычайно медленно; о введении железных книц кораблестроитель Рамбург представлял еще в 1739 г., а об обшивании судов медью был указ в 1781 году. В Балтийском флоте из этого иное и делалось, но до Черного моря большая часть нововведений или не доходила, или вводилась весьма медленно.

Без крайней необходимости, Грейгом запрещено было килевание судов, как дорого стоящее и значительно расслабляющее корпус судна. Не оставлено без внимания и такое менее заметное обстоятельство, что суда, стоявшие в гавани в одном направлении, от большего нагревания солнцем одной части получают известные недостатки; для устранения этого введены бридели, на которых суда обращались по ветру.

Прежние корабли, служившие лет пять, шесть, были до того неостойчивы, валки и имели нижние порты так близко от воды, что даже при брамсельном ветре их приходилось задраивать и оставлять орудия нижнего дека в бездействии. Корабли же, строенные при Грейге, стали служить до тембировки иногда по 11, а с тембировкой и до 17 лет и имели весьма удовлетворительную остойчивость и другие хорошие морские качества. При нем начали вводиться на судах громоотводы, цепные канаты; каменный балласт заменился чугунным, кирпичные камбузы железными. В каютах явились иллюминаторы, и вместо сальных свеч завелись лампы, в фонарях вместо слюды начали вставлять стекла и пр.

По артиллерии он стал вводить на всех деках кораблей однокалиберные орудия, чем увеличивалась сила залпа; ввел пушечные замки, скорострельные трубки, новый лучший состав для брандскугелей и множество других технических улучшений. Для гребного флота проектированы более длинные орудия; канонерские лодки, построенные по новым чертежам, вместо одной вооружались тремя 24–фунтовыми пушками; имея спускные мачты, они могли скрываться в прибрежных камышах незамеченными неприятелем и, без мачт, легче выгребали при противных ветрах. Но эти усовершенствования по кораблестроению, артиллерии и другим частям, конечно, прежде всего потребовали улучшения всех портовых мастерских и также работающих для флота заводов. Поэтому отливка орудий, производившаяся неудовлетворительно на Луганском заводе, была переведена в Олонецкий, и установлена более высокая проба орудий и пороха. Усовершенствовано производство работ на Богоявленской парусной фабрике и Херсонском литейном заводе. Для облегчения и ускорения работ везде где только было возможно введены паровые машины, и древесный уголь заменен каменным; а это уменьшило стоимость одних железных работ на 80 процентов.

Полное внимание обращено было на безопасность плавания: приведено в должный порядок депо карт, изменена форма судовых нактоузов, для плавания и производства съемок заведены лучшие по тому времени инструменты, опасные места морей и рек с полной заботливостью и вниманием обставлены предостерегательными знаками и насколько позволяли средства с возможной скоростью строились маяки, число которых в то время было крайне недостаточно. Паровые землечерпательные машины, углубившие Ингульский и Очаковский фарватеры, дали возможность прекратить судостроение в Херсоне и сосредоточить его в Николаеве. Наконец, при Грейге впервые явились в Черноморском флоте небольшие пароходы.

Высокое достоинство большинства нововведений заключалось в строгой их системе и верности взглядов адмирала. Вместо прежнего произвола флагманов и командиров, он все, что только было можно, подвел под строгие определенные правила. Разумнейшим основанием всех технических его нововведений были: «вес и мера». По данным, выведенным из научных и практических оснований, вычислены были размеры дерев рангоута, канатов и такелажа, вес якорей, не говоря уже о точном определении численности экипажа для каждого рода и величины судов.

Особенно заботливое и теплое внимание обращал Грейг на научное образование своих подчиненных. Экзамены мичманов производились под его личным председательством, которое делалось не для вида, а представляло весьма действительное средство для поднятия научных сведений офицеров. Во время этих экзаменов вопросы адмирала показывали экзаменующимся глубину и обстоятельность сведений в морских науках самого Грейга, допытывавшегося ясных ответов о самых мелких практических подробностях и именно в том направлении, в каком они требовались действительной службой. Случалось также, что адмирал сам писал инструкции для занятий с воспитанниками. На устроенной Грейгом в Николаеве астрономической обсерватории сведущий и любивший свой предмет Карл Христофорович Кнорре принес большую пользу Черноморскому флоту как учебными занятиями своими с офицерами и воспитанниками, так и введением на флот совершеннейших морских и геодезических инструментов, приданием точного научного характера производившимся съемкам и вообще возбуждением и решением разных астрономических вопросов, имеющих отношение к морской деятельности. Для желающих офицеров открыты были чтения лекций по теории кораблестроения, корабельной архитектуре, по всем частям механики и по физике, а в Севастополе основана офицерская библиотека. Желая скорее избавиться от мастеров–иностранцев, Грейг отправлял в Англию способных молодых людей для изучения разных портовых мастерств, в Балтику – для ознакомления с лучшим производством морских съемок и в Петербург – для изучения гражданской архитектуры, гравирования и пр.

Со вступления своего в должность главного командира Грейг ежегодно пять или шесть недель плавал с флотом, и это время было прекрасной практической школой как для команды, так и для офицеров и командира. Зорко следя за действиями каждого корабля, адмирал не пропускал без замечания ни одной ошибки, ни одного малейшего недосмотра. Появление на флагманском корабле сигнала: «кто вахтенный лейтенант», до разъяснения дела, возбуждало большую тревогу не только провинившегося вахтенного, но и самого командира судна. Грейг значительно усовершенствовал сигнальную часть и ввел буквенный телеграф, который впоследствии, в 1828 году, принес большую пользу при осаде крепости Варны.