30 мая 1899 года приказом главного командира Черноморского флота назначен исполняющим должность ревизора крейсера «Память Меркурия».

В ноябре-декабре 1899 г. мичман Н. Матусевич в должности вахтенного офицера служил на крейсере «Россия» и на эскадренном броненосце «Сисой Великий».

В начале 1900 года в должности вахтенного офицера находился в заграничном плавании на броненосце «Сисой Великий» и крейсере «Разбойник».

11 июня 1900 года был назначен вахтенным начальником на эскадренный броненосец «Петропавловск», во время службы на котором он участвовал в июле-сентябре в штурме крепости Таку и 18—19 сентября в десанте на Шанхай для занятий оставленных китайцами фортов.

19 декабря 1900 года Николай Матусевич был назначен младшим штурманским офицером эскадренного броненосца «Петропавловск», на котором участвовал в перевозке войск, за что был награждён светло-бронзовой медалью «За поход в Китай».

5 октября 1902 года зачислен слушателем гидрографического отделения Николаевской морской академии при Морском корпусе и 6 декабря того же года Высочайшим приказом произведен в чин лейтенанта.

8 июня 1904 года окончил академию по 1-му разряду с занесением его имени на мраморную доску и награждением двухлетним старшинством в чине, а 1 июля зачислен в штурманские офицеры 1-го разряда.

Однако после начала Русско-японской войны был назначен старшим штурманским офицером крейсера 2-го ранга «Терек», на котором участвовал в августе-октябре 1904 года в Атлантическом океане в досмотре судов на предмет нахождения на борту контрабанды, а затем присоединился к эскадре вице-адмирала Рожественского у острова Мадагаскар.

26 августа 1906 года назначен штурманским офицером крейсера «Память Меркурия».

13 ноября 1906 года был уволен в запас в чине капитана 2-го ранга. Во время нахождения в отставке окончил физико-математический факультет Санкт-Петербургского университета.

6 июля 1909 года вернулся на службу в прежнем чине лейтенанта с переименованием в чин «штабс-капитан» и производством в чин капитана по адмиралтейству с зачислением во 2-й флотский экипаж и прикомандированием к Главному гидрографическому управлению. 17 июля того же года был прикомандирован к Главной николаевской астрономической обсерватории в Пулкове для усовершенствования в астрономии и высшей геодезии.

7 марта 1911 года Высочайшим приказом капитан Н. Н. Матусевич был назначен на должность начальника «Отдельной съемки Белого моря» и в 1911—1914 годах на транспорте «Мурман» и на портовом судне «Лейтенант Овцин» производил гидрографические работы в Белом море, руководил работами по изучению Карского моря и Мурманского побережья. В период между экспедициями офицерский состав экспедиции находился в Санкт-Петербурге и занимался написанием отчетов.

В 1912 году за заслуги в гидрографических исследованиях арктических морей был избран действительным членом Императорского Русского географического общества.

4 февраля 1913 года Высочайшим приказом Н. Н. Матусевич был зачислен в Корпус гидрографов флота, а 14 апреля того же года произведен в чин подполковника.

19 декабря 1913 года причислен к Главному гидрографическому управлению.

В январе 1915 года по инициативе командующего Балтийским флотом, адмирала Н. О. Эссена в Гельсингфорсе был открыт Штурманский офицерский класс, заведующим которым был назначен подполковник Н. Н. Матусевич.

10 апреля 1916 года Матусевич был произведен в чин полковника, а 17 октября 1917 года (уже Временным правительством) – в чин генерал-майора Корпуса гидрографов флота.

Занятия с последним набором Временного штурманского офицерского класса проводились с 1 декабря 1917 года по апрель 1918 года.