Muy pronto Betancourt demuestra su valía en la fábrica de cañones de Tula, ya obsoleta, en la que sustituye las máquinas hidráulicas por otras de vapor capaces de taladrar cañones más potentes.
A finales de 1810 simultanea la tarea de inspección con la de profesor, además de emprender una importante y eficaz labor de constructor de puentes, uno de los cuales, en arco entre dos islas, se convierte en novedad mundial. En 1811 es condecorado con la Orden de San Alejandro Nevsky.
El trabajo del ingeniero tinerfeño continuaba adelante a pesar de las dificultades de la guerra contra Francia. La draga de vapor proyectada en España, donde nunca llegaría a instalarse, se construyó en Rusia y se finalizó con éxito en 1812. Bajo su mando se siguen construyendo puentes y se funda el Museo Central del Transporte Ferroviario, que le recordaba al Real Gabinete de Máquinas madrileño.
Agustín de Betancourt consiguió superar el viejo problema de Rusia con su papel moneda, utilizando un nuevo tipo de papel y un elaborado diseño que dificultaba enormemente su falsificación. También dirigió la construcción de la Casa de la Moneda en Varsovia y empleó la primera máquina de vapor en Polonia, por entonces anexionada al Imperio ruso.
Tras la victoria sobre los ejércitos de Napoleón en 1812, el entusiasmo se desborda en Rusia y esto se plasma en la construcción de obras públicas y monumentos. Betancourt recibe el encargo de Alejandro I para organizar un «Comité de Construcciones y Obras Hidráulicas» que pusiera orden en la ciudad de San Petersburgo, cuidando el trazado de las calles, la urbanización de los suburbios, la construcción de puentes, el cuidado de canales, etc. A Betancourt se debe, en parte, la singular belleza de la ciudad del Nevá, una de las más hermosas del mundo.
En 1816 el zar continúa encargándole obras monumentales, especialmente en San Petersburgo, y el ingeniero atrae a Rusia a técnicos destacados, franceses en su mayoría. Uno de ellos, el joven Augusto Montferrand, sería el encargado de construir la catedral de San Isaac, pero Betancourt supervisa toda la obra. El templo no se habría podido construir en los pantanosos terrenos de San Petersburgo sin los concienzudos estudios de cimentación del sabio canario. Tampoco se hubiesen podido elevar las grandes columnas de la catedral sin los complejos artilugios mecánicos ideados por Betancourt, que fueron legados a Montferrand. Con esas máquinas se instaló en la plaza del Palacio de Invierno una columna de granito para perpetuar la memoria de Alejandro I, obra proyectada también por Betancourt.
En 1819 Agustín de Betancourt es designado director general del Departamento de Vías de Comunicación. Todas las nuevas obras que se construyen en el país dependen de él: la construcción de la Sala de Ejercicios Ecuestres de Moscú y su trabajo cumbre y más querido: el complejo ferial de Nizhni Nóvgorod. Obra de madurez, realizada en el ocaso de su vida, no llegó a verla concluida en su totalidad, al igual que sucedió con la catedral de San Isaac. Se debe a su talento el diseño pormenorizado de la obra, desde la elección del emplazamiento hasta el proyecto del puente flotante de madera sobre el río Oka, que perduró más de un siglo.
Varios sucesos desencadenaron su caída en desgracia al final de su vida. Agustín de Betancourt prestaba ayuda a los españoles que llegaban a Rusia, y los colocaba en puestos acordes con sus capacidades. Tal fue el caso de Juan Van Halen a quien empleó en un regimiento de Dragones y que fue expulsado del ejército ruso por el zar, debido a su apoyo al coronel Riego. Este episodio desgasta mucho a Betancourt y envalentona a las envidiosas camarillas cortesanas, deseosas de su caída.
Otro asunto que contribuiría a la caída de Betancourt fue el duro informe que presentó al zar después de un largo viaje de inspección a través de Rusia en el que el ingeniero se da cuenta de que la hermosa ciudad de San Petersburgo representa una falsa imagen del país, pues nada tiene que ver con la Rusia profunda cuyas ciudades apenas disponen de agua potable, carecen de las mínimas infraestructuras y se encuentran muy mal comunicadas. El informe no agradó al zar y su respuesta inmediata fue la incomprensible reducción del dinero asignado al Departamento de Vías de Comunicación.
En 1822 Alejandro I lo reprende debido a los elevados gastos generados por las obras del complejo ferial Nizhni Nóvgorod y es acusado de ciertas irregularidades financieras. Posiblemente Betancourt había dejado la administración en manos de otras personas y esta vez le costó muy caro.
Profundamente decepcionado, solo le ilusiona ver terminada su magna obra, la Feria Nizhni Nóvgorod, aunque ya nada podía decidir ni mandar. En 1823, con la obra prácticamente concluida, recibe el golpe que quiebra definitivamente su ánimo: su hija Carolina muere de parto.
Agustín de Betancourt, muy abatido, presenta ante el zar la dimisión de todos sus cargos, que le fue aceptada el 4 de febrero de 1824.
Retirado en una vivienda ubicada en un barrio humilde de San Petersburgo, Agustín de Betancourt y Molina falleció rodeado de su familia el 14 de julio de 1824. A su entierro, por orden del zar, asistieron todos los generales, jefes y oficiales francos de servicio en San Petersburgo, como muestra de un reconocimiento que no le llegó en vida.
En Rusia, su segunda patria, dejó profundas huellas que aún perduran. Agustín de Betancourt y Molina superó los estrechos y artificiales límites de las naciones y pueblos para convertirse en ingeniero y benefactor universal.
