Родился в с. Никольском Курского уезда Курской губернии (ныне — Октябрьского р-на Курской области) в крестьянской семье. Получил трехклассное образование в церковно-приходской школе, затем учился у кустаря-ремесленника. У него овладел слесарным и шорным мастерством. Самостоятельно изучил высшую математику, физику, прикладную механику и металловедение.
Слава о молодом мастере распространилась по всей округе. К нему привозили в ремонт машины даже из Курска. Сохранился документ, выданный Усачеву управляющим одного помещичьего имения в 1900 г. в том, что «...сделанная им веялка-сортировка настолько усовершенствована для очистки хлебов, что лучшего и желать нельзя».
Счастливый случай помог умельцу продолжить образование. Известный в Курске профессор В. В. Скобельцын помог Усачёву устроиться механиком в Высшее горное училище Екатеринослава (ныне Днепропетровск)
В 1902 г. профессор В. В. Скобельцын перешел в Петербургский политехнический институт и пригласил механика Усачёва в свою физическую лабораторию — мастером, в руководимую им физическую лабораторию.
С 1907 г. Усачев стал работать над проблемой резания металлов.
В период с 1908 по 1915 гг. в исследованиях, проведенных Усачёвым впервые в мире были определены основные закономерности изменения температурных режимов в зависимости от скорости резания металлов, выведено уравнение теплового баланса при резании металлов, впервые применен микроскоп для изучения процессов резания металла. При микроструктурном анализе корней стружек Усачёв обратил внимание на явление образования нароста на передней поверхности резца, которое он охарактеризовал как явление приспособляемости металла к условиям резания и указал, что «…нарост образуется всегда, если форма резца не соответствует условиям наименьшего сопротивления резанию...».
Усачёв обнаружил явление наклёпа поверхностных слоев деформируемого металла и стружки и др.
В 1912 г. создал динамометр оригинальной конструкции для измерения тангенциальных усилий на токарный резец, при помощи которого многие ученые проводили исследования металлов. Ему принадлежит также приоритет в создании термопары для измерения температуры рабочей части резца.
В 1915 г. вышел из печати труд Усачёва «Явления, происходящие при резании металлов». Это одно из первых в мире исследований сложного процесса.
Во время Первой мировой войны Усачёв создал много изобретений в самолетостроении и морском флоте, изготовил магнето для русской авиации. В частности, он предвосхитил на много лет идею создания вертолета, применив принцип гироскопа.
После Октябрьской революции его работы по гироскопической стабилизации стали базой для разработки важнейших приборов для нужд флота.
Итоги многолетней работы У. изложил в научном труде «Явления, происходящие при резании металлов». До самой смерти продолжал трудиться в одном из НИИ Ленинграда.
Умер в блокадном Ленинграде.
Награды: орден Ленина (1936).
Ист.:
Выдающийся русский ученый Яков Григорьевич Усачев (1873 – 1941)[Стенограммы докладов]. Л. 1952.
ШЕХИРЕВ М. Исследователь, экспериментатор //Курская правда 1973. - 17 окт.
Материалы Свода памятников истории и культуры РСФСР. Курская область. Научно-исследовательский институт культуры, 1979.