Durante la guerra dei sette anni, fu al servizio in Nord America sulla Pembroke, vascello della Royal Navy, in qualità di mastro (marinaio provetto e specialista di navigazione). Nel 1758 prese parte all'assalto anfibio che consentì la presa della fortezza di Louisbourg dai francesi. Cook successivamente partecipò nel 1759 all'assedio della città di Quebec prima della battaglia sulle pianure di Abraham.
Mostrò un grande talento nella topografia e nella cartografia,
tracciando le mappe di imbocco del fiume di San Lorenzo durante l'assedio, consentendo al generale Wolfe di effettuare il famoso attacco a sorpresa sulle pianure di Abraham.
L'abilità nella topografia di Cook venne sfruttata durante gli anni sessanta del 1700 per tracciare le mappe della costa frastagliata dell'isola di Terranova. La grande abilità nella pratica topografica, attirarò su di lui l'attenzione dell'ammiragliato e della Royal Society in un momento cruciale anche in vista delle scoperte britanniche d'oltremare.
Dal suo canto Cook ebbe a scrivere che era sua intenzione di andare non soltanto:
".. al di là di dove chiunque è andato prima,
fin dove è possibile per un uomo andare".