Под руководством Грейга впервые в России была спроектирована морская паровая землечерпательная машина для очистки фарватеров; первую построили в 1820–1821 годах, вторую — в 1832 году. Буксировали землечерпалку пароходом. Благодаря очистке ингульского и очаковского фарватеров можно было отказаться от проводки кораблей на камелях и отправлять корабли из Николаевского адмиралтейства с полным парусным вооружением своим ходом, так же как и возвращать обратно для ремонта.
Меры, принятые Грейгом, позволили резко увеличить численность кораблей и судов. За первые двенадцать лет его работы, до начала русско-турецкой войны 1828–1829 годов, было построено 11 линейных кораблей, 4 фрегата, 17 различных меньших военных судов, 2 лоц-лодки, 29 различных транспортов, 3 парохода, 31 канонерская лодка, 19 иолов, 2 плавучие землечерпательные машины, 8 понтонов и шеланов, 19 судов куплено. В постройке находились: 3 корабля, фрегат, бригантина, флашхоут и 3 иола. Именно эти корабли и суда послужили основой Черноморского флота и Дунайской флотилии в годы русско-турецкой войны 1828–1829 годов. Всего же за время управления Грейга одно Николаевское адмиралтейство выпустило 125 боевых судов (не считая портовых) — в шесть раз больше, чем за предшествующие двадцать три года существования адмиралтейства.
Грейг не только увеличивал численность флота, но и добивался качества постройки. Приняв управление, он отметил, что установленный пятнадцатилетний срок службы почти ни одно судно не выдерживает; большинство ветшает после шести лет, после десяти уже непригодно. В первую очередь, с 1817 года, главный командир ввел в практику систему набора по методу Р. Сеппингса; используемые диагональные связи — ридерсы сделали корпус более прочным и устойчивым к воздействию волн и качки. Он возобновил обшивку корпусов медными листами для защиты от размножившегося морского червя. 26 ноября 1827 года флагман приказом ввел правила определения размеров деталей набора для судов различных рангов. Использование металлических книц, поперечных переборок и других усовершенствований, предложенных Грейгом, позволило увеличить срок службы кораблей до тимберовки одиннадцать — тринадцать, а с тимберовкой — до семнадцати лет; уже упомянутый корабль «Варшава» до тимберовки прослужил пятнадцать лет.
В 1818 году Грейг распорядился заменить песчано-каменный балласт чугунным, что увеличило остойчивость судов и позволило установить на главной палубе более тяжелые 36-фунтовые орудия вместо 24-фунтовых. В 1821 году он издал приказ об унификации орудий в палубах по наибольшему калибру и унификации размеров пушечных портов, что упростило снабжение боеприпасами в бою и взаимозаменяемость орудий и станков. Для повышения боеспособности в свежий ветер и на ходу моряк поднял орудийные порты выше над водой.
22 марта 1824 года Грейг ввел правила вычисления размеров рангоута, а 4 февраля 1826-го — правила определения толщины такелажа в зависимости от ранга и размера судна. Для облегчения он заменил латунные блоки бакаутовыми, ввел правила расчета якорных цепей и веса якорей, определил численность команды на военных и транспортных судах.
В годы руководства Грейга в практику вошли якорные цепи вместо канатов, водоотливные помпы, иллюминаторы, сигнальные фонари, дневной и ночной телеграфы (первый изобретен A. C. Грейгом). Были усовершенствованы нактоузы для лучшего освещения компасов, кирпичные камбузные печи заменены железными, слюдяные фонари стеклянными; в каютах вместо сальных свечей ввели фонари, усовершенствовали крюйт-камеры и лазареты, использовали измерители дифферента, опреснительные установки, переговорные трубы и многое другое.
Любопытно отметить, что часть этих нововведений предлагал задолго до того С. К. Грейг, но о них на флоте благополучно забыли, и потребовались усилия его сына, чтобы сменить, наконец, разваливающиеся каменные камбузы и установить опреснительные установки и водоотливные помпы.
Для сохранения кораблей Грейг в мирное время предписал снимать часть носовых и кормовых орудий. Чугунный балласт позволил уменьшить сырость в трюмах и кубриках, загнивание корпуса. Были введены правила противопожарной безопасности при стоянке в портах, отменено раскачивающее суда килевание, применены громоотводы. Чтобы исключить пересыхание корпуса при стоянке у стенки порта, для более равномерного прогрева он ввел швартовку в разных местах акватории на мертвых якорях. На стоянках применяли переносные краны и ручные машины, позволявшие приподнимать мачты и просушивать шпоры и степсы. Посещая корабли, адмирал контролировал их сохранение.
Серьезное внимание Грейг обращал на главное оружие кораблей — артиллерию. Зная, что пушки Луганского завода часто разрывает, он заказывал орудия на Олонецком заводе. Моряк приказал хранить порох в латунных бочонках вместо деревянных, установил новую пробу пороха, спроектировал станки для каронад, единорогов и орудий гребных судов. На одну треть для экономии и сохранения стволов были уменьшены учебные заряды, фитильные запальники заменены замками (вновь видна аналогия с С. К. Грейгом). Грейг ввел лучшую отделку ядер и бомб для точности и безопасности стрельбы, упростил крепление пушек на корабле по-походному, заменил тростниковые запальные трубки более безопасными перьевыми.
Для кораблей свыше 100-пушечного ранга с толстыми бортами потребовалась разработка орудий с удлиненными стволами. Такие орудия были разработаны под руководством Грейга, соответствующее представление послано в столицу в 1827 году, и получено разрешение изготавливать длинные пушки; в 1830 году было решено изготавливать пушки по чертежам Грейга для всего флота.
Интересовавшийся с детства химией, Грейг в 1821 году изобрел новый зажигательный состав для брандскугелей, который дольше горел.
В 1825 году из 15 черноморских кораблей в строю было 10, тогда как на Балтике — всего 5, что свидетельствует о качестве кораблестроения и отношении к их сохранению. Не мудрено, что, когда вступивший на престол Николай I организовал под председательством адмирала Моллера Комитет для образования флота, его членом наряду с вице-адмиралами С. Л. Пустошкиным, Д. Н. Сенявиным, контр-адмиралом П. М. Рожновым, капитан-командорами Ф. Ф. Беллинсгаузеном, И. Ф. Крузенштерном и М. И. Ратмановым стал вице-адмирал Грейг. Благодаря усилиям выдающихся моряков, составивших комитет, Российский флот вошел в русско-турецкую войну боеспособным.
Увеличение числа плаваний для перевозки войск и грузов в разные пункты побережья потребовало организации навигационного обеспечения безопасного судоходства. Не существовало достоверных карт и лоций Черного и Азовского морей. Грейг реорганизовал Черноморское депо карт и создал гидрографическую службу во главе с Е.П. и М. П. Манганари — выдающимися гидрографами. Уже к 1828 году были сделаны аккуратные описи Днестровского, Днепровского лиманов, реки Буга, Крымского берега от Очакова до Керчи, части Керченского пролива, затем наступила очередь Азовского моря, устья Дуная и Румелийского побережья. Благодаря усилиям черноморских гидрографов в 1841 году появилась знаменитая карта Манганари, служившая многим поколениям моряков, в 1851 году — первая лоция Черного моря. Съемки братьев Манганари, особенно иностранных берегов, сделанные в 1828–1835 годах, сохранили значение и через столетие. В лоции 1937 года было написано: «Для остальных берегов Черного моря единственными картами являются карты атласа Манганари, съемки 1825–1835 гг.». Потребовалось создать практически заново навигационную обстановку. К 1828 году было построено несколько маяков: Инкерманские в Севастополе, плавучий у Кинбурнской косы, в Одессе и Еникале, на Тендровской косе, на мысах Тарханкут и Айтодор, Таклинский. В Бугском и Днепровско-Бугском лиманах по берегам были установлены навигационные знаки.
Для оперативного управления флотом в 1819–1820 годах были выработаны дневные (флажками) и ночные (фонарем) сигналы. Дневные флажные сигналы, разработанные на Черном море, были введены для всего флота. Чтобы главный командир мог руководить действиями флота из Николаева, Грейг в 1828 году предложил построить оптический телеграф от этого пункта до Севастополя; еще в 1826 году была сооружена линия до Очакова; в 1830 году началось ее продление до Севастополя и Херсона, а затем и до Измаила. Телеграф, разработанный Грейгом и построенный на Черном море, в то время был самым протяженным в России. При осаде Варны в 1828 году был применен полевой оптический телеграф для связи между флотом и войсками графа Воронцова. Буквенный телеграф, введенный Грейгом, оказался при осаде Варны удобным для передачи длинных многословных приказов с флота на берег.
Понимая важность обороны главной базы флота, Грейг добился постройки в 1821–1827 годах батарей с ядрокалильными печами на входных мысах Севастопольской бухты. Он разработал план оборонительных сооружений для защиты города с суши, однако средства не были выделены, и Севастополь пришлось укреплять в 1854 году уже после вторжения неприятеля в Крым.
