Теперь вся жизнь Никиты Демидова была связана с Уралом.

Он скупал за бесценок земли и крепостных. Строил новые заводы, налаживал работу на них. Рабочих рук не хватало, и Демидову приходилось вопреки строгим запрещениям Берг-коллегии переманивать к себе мастеров с казенных заводов. Он приглашал шведских пленных, знавших чугунолитейное дело, укрывал беглых. Производительность труда его рабочих была очень высокой. «Демидов, у которого нет и четвертой части приписных крестьян против казенных заводов, несмотря на то, отпускает железа вдвое более против казенных заводов», – писал руководитель уральской промышленности Василий Татищев, приезжавший с инспекцией на демидовские заводы.

В 1703 году Петр I приказал приписать к заводам Демидова две волости в Верхотурском уезде. С 1716 по 1725 год Демидов построил еще пять предприятий – молотовые заводы Шуралинский (1716 год) и Быньговский (1718 год), перерабатывающие чугун Невьянского завода, а также Верхнетагильский (1720 год), Нижнелайский (1723 год) и Нижнетагильский заводы.

В 1709 году по указу Петра I Никита основал в городе Невьянске цифирную школу. Никита Демидов обладал феноменальной памятью, лично вникал во все детали заводского хозяйства. Он проявлял «ревность к отечеству», поставляя продукцию в казну по более низкой цене, оказывал помощь деньгами и железом в строительстве Петербурга. Он внес большой вклад в освоение уральских горных богатств.

Специалистов по горнозаводским делам у Никиты Демидова было немало. Рудознатцы, мастера, владеющие искусством поиска подземных целей с помощью лозы, исходили весь Урал вдоль и поперек, открыли десятки крупных рудных месторождений. Одно из них, располагавшееся на берегу реки Чусовой, там, где река прорывается у подножия горы Волчихи через Уральский хребет, было открыто еще до появления Демидова на Урале в 1702 году. Никита Демидов испытал волчихинскую руду на Тульском заводе, убедился в ее качестве. Позже, в 1724 году, он получил право на разработку месторождения. Застолбив его, поначалу отец, а затем и Акинфий оказались, тем не менее, не в состоянии освоить рудник. Более того, им пришлось вскоре убедиться, что металл из волчихинской руды получался жестким и не выдерживал необходимых для оружейного металла нагрузок. Гораздо позже, уже в ХХ веке, причины столь странного поведения руды станут понятны: в ней будут обнаружены значительные примеси титана. Технологии ХУШ века с подобными металлами справиться не могли.

В 1720 году Урал (преимущественно «демидовский») давал, по меньшей мере, две трети металла России. С 1716 года была начата отправка железа на экспорт. Между заводами были проложены дороги для транспортировки заводской продукции, расчищен судоходный путь по реке Чусовой, построены сплавные суда, пристани, склады. В 1722 году «таковых великих и прибыточных во всей России и в Швеции [заводов] едва найдутся ли». В 1720 году Демидов был возведен в личное дворянство.

В это время Никита Демидов уже обладал огромным авторитетом и имел влиятельных покровителей. Его заводы на Урале образовали фактическую монополию, он не допускал туда даже своего младшего сына Никиту Никитича. Не удивительно, что Демидов пользовался благосклонностью императора.

В 1722 году В.Н. Татищев, управляющий казенными заводами на Урале, начал проводить политику развития казенных предприятий на Урале для дальнейшей передачи их в частные руки. Демидов, увидев в этом угрозу своей монополии, оклеветал высокого чиновника перед царем. По розыску явилась вина Демидова против Татищева. Для расследования споров на Урал послан был Г. В. де Геннин, нашедший, что Татищев во всем поступал справедливо. Он был оправдан. Суд наложил на Никиту Демидова огромный штраф, и на Урале начала развиваться казенная промышленность. Демидовская монополия оказалась нарушенной, на Урале впервые появились другие промышленники, пока в основном в медеплавильной промышленности.