Au printemps de 1755, lorsque éclatèrent les premières hostilités entre la France et l’Angleterre, le bâtiment sur lequel Cook servait était ancré dans la Tamise. La marine militaire recrutait alors ses équipages au moyen de la « presse » des matelots. Cook commença par se cacher ; mais, poussé sans doute par quelque pressentiment, il alla s’engager sur l’Aigle, navire de soixante canons, que devait presque aussitôt commander le capitaine sir Hugues Palliser.
Intelligent, actif, au courant de tous les travaux du métier, Cook fut en peu de temps remarqué de ses officiers et signalé à l’attention du commandant. Ce dernier recevait, en même temps, une lettre du membre du Parlement pour Scarborough qui lui recommandait chaudement, sur les sollicitations pressantes de tous les habitants du village d’Ayton, le jeune Cook, qui ne tarda pas à obtenir une commission de maître d’équipage. Le 15 mai 1759, il embarqua sur le vaisseau le Mercure, à destination du Canada, où il rejoignit l’escadre de sir Charles Saunders, qui, de concert avec le général Wolf, faisait le siège de Québec.
Ce fut pendant cette campagne que Cook trouva la première occasion de se signaler. Chargé de sonder le Saint-Laurent entre l’île d’Orléans et la rive septentrionale du fleuve, il remplit cette mission avec habileté et put dresser une carte du canal, malgré les difficultés et les dangers de l’entreprise. Si exacts et si complets furent reconnus ces relevés hydrographiques, qu’il reçut l’ordre d’examiner les passages de la rivière au-dessous de Québec. Il s’acquitta de cette opération avec tant de soin et d’intelligence, que sa carte du Saint-Laurent fut publiée par les soins de l’Amirauté anglaise.
Après la prise de Québec, Cook passa à bord du Northumberland, commandé par lord Colville, et profita de sa station sur les côtes de Terre-Neuve pour s’appliquer à l’étude de l’astronomie. Bientôt, des travaux importants lui furent confiés. Il dressa le plan de Placentia et releva les côtes de Saint-Pierre et Miquelon. Nommé en 1764 ingénieur de la marine pour Terre-Neuve et le Labrador, il fut employé pendant trois années consécutives à des travaux hydrographiques, qui appelèrent sur lui l’attention du ministère et servirent à relever les innombrables erreurs des cartes de l’Amérique. En même temps, il adressait à la Société royale de Londres un mémoire sur une éclipse de soleil, dont il fit observation à Terre-Neuve en 1766, mémoire qui parut dans les Transactions philosophiques. Cook ne devait pas tarder à recevoir la récompense de tant de travaux si habilement conduits, d’études patientes et d’autant plus méritoires, que l’instruction première lui avait fait défaut, et qu’il avait dû se former sans le secours d’aucun maître.
