В 1770 году Демидов отправляет кузнеца на своего рода курсы повышения квалификации на тульские и брянские заводы. Тула на тот момент еще не столица столица точного машиностроения России, но мастера-оружейники работают здесь с механизмами гораздо более тонкими, чем промышленные молоты. После года обучения в Туле местный оружейник отчитывается в рапорте Демидову об обучении Кузнецова: «Я по повелению Вашего Высокородия с ним на брынские заводы ездил для посмотрения токарных станков немецкого манера, как точат большие валы, и винты, и резных машин колеса или круга, резную и плющильную машину с обстоятельным показанием от мастеров, и точат весьма аккуратно: и таких станов поныне нет нигде».
В том же письме мастер рассказывает, что Кузнецов-Жепинский уже освоил все, чему его здесь могли научить, а винтовку его изготовления генерал Афанасий Семёнович Ярков после личного осмотра оценил так: «Смотря на винтовку, говорит, что ты от господ прислан не учиться, а посрамить наших мастеров; и в тот же час приказал нашим мастерам сделать, и поныне никто такой не сделал».
Над часами Кузнецов на этот момент работает уже 15 лет. Готовы они будут через пять, а пока он возвращается на Урал и продолжает с новыми знаниями и навыками заниматься проблемами Нижнетагильского завода.
Почти сразу по возвращении, в 1772 году, Кузнецов создает первый прокатный стан непрерывного действия. Ранее на фабриках Демидова медные листы делались вручную, а теперь для этого появилась специальная машина, которая приводилась в действие водяным колесом. Однако внедрить разработку Кузнецова не удалось: усилие приводов водяных колес, использовавшихся на заводах, оказалось недостаточным, и переоборудование прокатного цеха пришлось отложить.
Изобретение, впрочем, не пропало и потом пригодилось ученикам мастера, Фёдору и Ивану Макаровым, разрабатывающим катальные машины, а также Степану Козопасову — создателю машины для точки тяжеловесных валов и изобретателю способа лужения листового железа на английский манер. Один из самых знаменитых учеников Кузнецова, Ефим Черепанов, в 1833 году вместе со своим сыном Мироном построил первый паровоз, а в 1836 году — первую в России железную дорогу.