中國唐代煉丹家在公元9世紀初發明了火藥。到北宋初期，火藥便被兵器研製者與統兵將領製成火器，用於戰爭，開創了人類戰爭史上火器與冷兵器並用的時期。這個時期歷經元、明到19世紀中葉，延續達九個世紀，其間共經歷了三個發展階段。
初級火器是北宋初的兵器研製者與統兵將領，因襲古代的火攻技術和戰術而創制的，是古代火攻技術和戰術的發展。但是古代火攻作戰中所用的火攻器具，都是利用艾草、油脂、松脂等燃料和引火之物，綁附在飛禽、走獸、偽裝的草人和弓箭上，作為運載和發射工具，將火源送至敵陣，縱火燃燒敵人的糧草，或者衝擊敵軍的防線，達到取勝的目的。由於這些火攻器具所附帶的引火之物，要依靠空氣中的氧氣進行燃燒，既受天候的影響，又會在運行中耗散火源或被風吹滅，所以燃燒效率較低。而北宋初創制的燃燒性火器——火球(宋代寫作毬)與火藥箭，是以火藥為燃燒源的火攻器具，它們不需要依靠空氣中的氧氣，因而可以在密閉的器皿中燃燒。使用時，只要先用燒紅的烙錐，將火球殼或附於火藥箭上的火藥包燃著烙透，爾後藉助拋石機和射遠的弓弩，向敵方拋射和施放。
北宋初期的幾代皇帝，都很重視火器製造。據《宋會要輯稿·職官三十七》記載，至遲在宋仁宗天聖元年(公元1023年)，東京開封已設立了專門製造攻城器械的廣備攻城作。其下設有大木作、鋸匠作、小木作、皮作、大爐作、小爐作、麻作、石作、磚作、泥作、井作、赤白作、桶作、瓦作、竹作、猛火油作、釘鉸作、火藥作、金火作、青窯作、窯子作等21作。各作都有嚴格的操作規程。火藥作的設立，表明北宋的火藥配製，已經從個體手工業的分散操作，發展為大型作坊作業，進行批量生產的階段，使火藥兵器的生產出現了一次飛躍。為了促進火器製造的發展，朝廷實行了獎勵政策，獎勵火器研製者的創造發明。據《宋史·兵十一》等史書的記載，僅自北宋開寶三年至咸平五年(公元970—1002年)，先後有兵部令使馮繼升、神衛水軍隊長唐福、冀州團練使石普等人，向朝廷進獻了火球、火藥箭、火蒺藜等火器。每次進獻時，朝廷都要組織文武官員觀看試驗。試驗成功後，都要給研製者以重賞，並下令兵器作坊大量製造，發給京城、要邑和邊關要地使用。由於火球、火藥箭是北宋創制的初級火器，需要藉助弓弩和拋石機等射遠兵器，才能發揮其燃燒、發煙和散毒等作戰作用，所以在一般情況下，只能配發步隊中的小分隊使用。
南宋時期，戰爭在宋軍、金軍和蒙古軍之間進行，交戰的各方，都力求研製新型火器，改善自己的裝備，戰胜對手，因而促進了火器的發展，於是鐵火砲與火槍便應運而生。
鐵火砲是一種用鑄鐵製造的鐵殼爆炸性火球，由紙殼火球發展而來，最初為金軍所用。金軍在滅亡北宋後，利用北宋的火器製造設備和工匠，創制了鐵火砲，進攻南宋。
火槍是用竹和紙做槍筒的管形火器，它的創制與發展，是南宋火器發展的又一重要成果，其製品有紹興二年(公元1132年)陳規創制的長竹桿火槍，紹定五年(公元1232年)金軍使用的飛火槍，以及開慶元年(公元1259)年)壽春府(今安徽壽縣)地方創制的突火槍。火槍的創制，使火器在使用方式上發生了飛躍，它不再需要藉助弓弩和拋石機而能獨自發揮作用。長竹桿火槍可用於噴火燃燒，是火筒一類火器的前身。飛火槍可以裝備單兵作戰，並出現了由數百名士兵組成的飛火槍隊。突火槍以巨竹為筒，能發射子窠〔ke科〕擊殺敵兵，為元代金屬管形射擊火器——火銃的創制奠定了基礎。
火銃是我國第一代金屬管形射擊火器，它是元代火器研製者，依照南宋時期的火槍尤其是突火槍的樣式和原理製成的。現存的元至順三年(公元1332年)製造的盞口銃、元至正辛卯年(元至正十一年，公元1351年)製造的手銃，分別是當時所創大型火銃與手銃的代表性製品。此外，在黑龍江省阿城縣半拉城子、西安東關景龍池巷南口外、內蒙古托克託縣原黑城公社、北京通縣等地，也出土了一些製造年代相近的元手銃實物。同火槍相比，火銃具有能承受較大的膛壓、裝填較多的火藥、使用壽命較長、殺傷威力較大等優越性。因此，火銃創制後不久，便成為元軍和元末農民起義軍競相使用的火器，其中尤以朱元璋的部隊使用最多。
元至正十五年(公元1355年)，朱元璋駐軍和州(今安徽和縣)，準備渡江。傳說此時有一位火器研製者名焦玉，帶著他研製的幾十支火龍槍，獻給朱元璋。朱元璋喜出望外，當即命大將徐達組織射擊試驗。只見彈丸出膛，如火龍經空，能穿透金屬鎧甲。朱元璋大為讚賞，答應在功成之後給予厚封。元至正二十三年八月，朱元璋率部在鄱陽湖同陳友諒率領的另一支農民起義軍決戰。結果朱元璋所部用安於戰船上的碗口銃，發射大型彈丸，擊碎陳友諒水軍的戰船，取得了勝利。明王朝建立後，由工部的鑄錢機構寶源局和兵器製造機構軍器局、內府的兵仗局，專門製造手銃和碗口銃等各種火器。朱元璋第四個兒子燕王朱棣奪取帝位後，為了進行戰爭和加強國防建設的需要，大力製造火銃，增加了數量和品種，改進了結構，使火銃得到了充分的發展，一直到嘉靖時期，都是明軍的主要裝備。
火銃的大量製造和裝備，使中國古代軍事的許多方面，發生了第一次大變革。先從編制裝備方面說，過去軍隊的裝備只是在冷兵器範圍內進行改善，現在開始增加了火器。明洪武十三年(公元1370年)，明朝政府規定各地衛所駐軍兵器裝備的比例是：火銃10%、刀牌20%、弓箭30%、槍40%，軍隊的編制當然也按這一比例了。明永樂皇帝又在永樂八年(公元1410年)前後，創建了世界上最早的火器部隊——神機營。與此同時，在雲南的金齒(今雲南保山)、楚雄、品甸(今雲南祥雲縣東北10裡)，以及北部的懷來(今屬河北)、宣府(今河北宣化)、大同、朔縣(今屬山西)等邊關要隘，也都增加了火銃。洪武八年(公元1375年)，明廷還在萊州衛等沿海要塞，增配大型銃炮，加強守備。永樂十七年(公元1419年)，遼東鎮總兵劉江還利用望海堝〔guo郭〕等要塞增配的銃炮，取得了全殲來犯倭寇的“望海堝大捷”。如果說宋代初級火器的創制，催生了火器與冷兵器相結合戰術的萌芽，那麼元明時期火銃的創制與發展，則使火銃與冷兵器相結合的戰術也隨之得到創造與發展。朱元璋的大將徐達，創造了大規模使用火銃攻城的戰術，大將沐英在野戰中創造了多排火銃兵對敵實施輪番齊射的戰術，永樂皇帝在北方同蒙古兵作戰時，不但創造了用火銃兵齊射蒙古騎兵的戰術，而且還提出了火銃兵在前，馬隊在後，作戰時先用火銃齊射敵軍前鋒，再以密集騎兵衝擊敵軍主力的布陣作戰的新原則。正統十四年(公元1449年)十月，明朝兵部尚書于謙，還利用火銃兵堅守北京城，取得了北京保衛戰的勝利。這些創造性成果，有力地推動了古代軍事學的發展。
我國發明的火藥與創制的火器在14世紀前期經阿拉伯傳入歐洲後，經過歐洲人改進，在15世紀後期製成了用火繩點火發射的槍砲。 15世紀末至16世紀初，葡萄牙人攜帶這類槍砲來到印度、日本和中國沿海的一些地方。明嘉靖元年(公元1522年)，明軍在廣東新會的西草灣，對藐視中國主權和藉口尋釁的葡萄牙艦船進行反擊，繳獲了三艘艦船及其艦炮。由於當時明廷官員稱葡萄牙為佛郎機國，所以就把這種艦炮稱作佛郎機。佛郎機是用子炮(相當於現在的砲彈)，裝入母炮(即砲管)內點火發射的一種火砲，它的母炮比火銃的身管長，安有準星和照門等瞄準裝具，配有五至九個子炮，裝填彈藥方便，射速快，射程遠，命中精度高，殺傷威力大，很快被明廷軍工部門所仿製，用於水陸作戰中。
火繩槍是明軍在嘉靖二十七年(公元1548年)於東南沿海剿倭作戰中繳獲的單兵槍，明軍因其彎形的槍托形似鳥嘴而稱為鳥銃，又稱鳥嘴銃和鳥槍。由於鳥銃比手銃性能優越，所以明廷軍工部門不久也大量製造，裝備明軍使用。
與明軍使用的手銃與碗口銃相比，火繩槍砲的最大優點在於點火發射方式的改變。火銃是由士兵持點火之物，點燃火捻，進行發射，射速很慢。火繩槍是用板機夾鉗慢燃燒的火繩，點燃藥室中的火藥，將彈丸射出，可以連扳連射而不致熄滅，因而提高了管形射擊火器的發射速度。與此同時，明廷的軍器局和兵仗局，改制了明代前期的手銃、碗口銃、盞口銃、將軍炮等銃炮類火器，創制了快槍、多發銃、虎蹲炮，發展了利用火藥燃氣反沖力推進的火箭類火器，提高了火球類、噴筒類、火禽火獸類等各種燃燒性火器的燃燒效能，在革新爆炸性火球的基礎上，發明了各種爆炸彈、地雷和水雷。從而出現了我國武器發展史上，外來火器與傳統火器相促相長、並駕發展的新時期。
外來火器與傳統火器的迅速發展，使中國古代軍事在使用火器後發生了第二次大變革。這種變革首先表現在軍隊編制裝備結構的變化上，這種變化，又明顯地表現在抗倭名將戚繼光在東南沿海進行的剿倭戰爭中，以及在薊鎮練兵時編練的車營、步營、騎營和輜重營上。這些營以裝備新型的佛郎機砲和鳥槍為主，並配裝各種傳統火器，從而使這些營裝備的火器佔全營使用兵器的一半左右。以車營為例，全營編有官兵3109人，其中使用佛郎機砲和鳥銃的官兵有1280人，再加上火箭手和其他火器手，已超過編制總數的一半。全營裝備128輛砲車，載256門佛郎機砲，說明車營實際上是一個車砲營，它裝備的佛郎機砲，已經達到每12名士兵裝備一門的高比例。這不但是中國軍事史上的創舉，而且也是當時歐洲各國不能相比的。這種車砲營已把火砲的殺傷威力和戰車的快速機動能力結合在一起，大大提高了車營的戰鬥力。
以此類推，步兵營實際上是一個有一半以上士兵使用鳥銃與其他火器的火繩槍營。騎兵營實際上也是一個騎砲營，它的戰馬裝備虎蹲砲後，更增強了騎兵快速突擊的火力。它不但是中國騎兵史上最早的騎砲兵，而且要比瑞典國王阿道夫·古斯塔夫在1630年編制的騎砲兵早50—70年。軍隊的這種新的裝備編制結構，不僅是中國軍事史上的創舉，而且在當時的世界上也是罕見的。
同這種裝備編制相適應的是軍隊作戰訓練方式的更新。在戚繼光編練的各營中，官兵增加了使用佛郎機砲和鳥槍進行作戰訓練的新內容。創造了由使用鳥槍和冷兵器的11名士兵組成的新的作戰隊形“鴛鴦陣”。管形射擊火器的“三點一線”的射擊原理得到了運用。車營、步營、騎營、輜重營進行協同作戰方式的出現，使軍事學的內容得到了全面的發展。
明朝萬曆年間，還出現了一位傑出的火繩槍研製專家，他就是趙士楨。趙士楨字常吉，號後湖，樂清(今屬浙江)人，大約出生於明嘉靖三十二年(公元1553年)。他的祖父名叫趙性魯，官至大理寺副，博學多才，工詩詞，精書法，曾參加《明會典》的編纂。趙士楨自幼受祖父的熏陶，亦擅長書法。萬曆六年(公元1578年)，趙士楨因善長書法被授為鴻臚寺主簿，任職18年，後受召入直文華殿，至萬曆二十四年(公元1596年)晉升為中書舍人，任職10餘年，大約在萬曆三十九年(公元1611年)去世。
趙士楨從小生長在海濱，家鄉常受倭寇的襲擊，備受其苦。他關心國家前途，注意研究軍事及火器技術書籍，從戚繼光和胡宗憲的部下了解倭寇所用火器的情況，從因進貢而留居北京的嚕密國(又稱魯迷國，今土耳其境內)掌管火器的官員朵思麻處，見到了嚕密銃，並於萬曆二十六年(公元1598年)向朝廷進獻了他對該銃的仿製品。之後，他又歷經艱難困苦，自己籌集錢財，先後製成10多種火繩槍及其他火器、戰車。更為重要的是，他以多種文體，撰寫成《神器譜》、《神器雜說》、《神器譜或問》、《防虜車銃議》等研製火器的論著。後來人們把這些論著合在一起，總稱《神器譜》。
最早的《神器譜》為萬曆刊本，後來又有多種刊本。 1974年，日本古典研究會在《和刻本明清資料集》第六集中，刊印了五卷本的《神器譜》，比較集中全面地蒐集了趙士楨的主要著作。萬曆刊本《神器譜》共五卷，約六萬多字，附圖200多幅，集中反映了趙士楨在各種火器，尤其是在各種火繩槍的研製與使用方面所取得的成就。其中有嚕密銃、西洋銃、掣電銃、鷹揚銃、旋機翼虎銃、三長銃、镢銃、鍁銃、軒轅銃、九頭鳥銃、連銃等單管火繩槍，以及迅雷銃、震疊銃等多管火繩槍。同時，書中還繪製了嚕密銃、西洋銃和迅雷銃的各種射擊姿勢，便於士兵進行射擊訓練。為了控制火箭的發射方向，趙士楨還創制了一種形似短槍的“火箭溜”，其上刻有滑槽，以安放火箭，這種滑槽具有導軌的作用，保證火箭射出後能按預定方向飛行。此外，還有火器戰車的研製及其使用方法的圖形。
《神器譜》不但記載了趙士楨創制的各種火器，而且還反映了趙士楨發展火器製造的思想。他多次上奏朝廷，請求製造火器，把發展火器製造提到戰略的高度。他指出，海中之國日本，禍胎已萌，在蠶食朝鮮之後，必然會“盡朝鮮之勢窺我內地”；北方游牧民族與內地僅有長城一牆之隔，內犯之勢必不可免，只有大力發展火器製造，才能“挫兇鋒”，“張國威”；因此，製造火器不是一朝一夕之事，而是對國家有萬世之利的大計。他主張研製火器“必須因時而創新”，出奇而製勝。他要求火器製造部門要選用技精藝熟的工匠，製造精利的槍砲，不可有絲毫差錯。他極力反對浪造浪用火器，指責市井庸碌之徒粗製濫造，從中牟取暴利的醜惡行徑。
《神器譜》還反映了趙士楨使用火器的思想。他認為火器要因時而用，要選擇適當的戰機，不可因浪戰浪用而失去應有的作戰效果。在使用火器時要因敵而變化，實施快速突擊，使敵猝不及防；要虛虛實實，使敵人不知其奧妙；要注意奇正變換，使自己立於不敗之地；當密集的敵人來至二三里內時，先以佛郎機砲、嚕密銃、迅雷銃逐次射敵，挫其凶鋒；待敵潰退時，持單兵火器與冷兵器的士兵要在近戰中殲敵。趙士楨主張使用火器要與戰車相結合，使“車憑神器以彰威，神器倚車而更準，或鼓行而前，或嚴陣待敵，或趨利遠道，或露宿曠野，堅壁連營，治力治氣，無不宜之”(《神器譜·神器雜說》)。如果車銃結合的戰術運用得當，那麼敵人就不能恃其凶悍，敵騎就難以隨意縱橫馳騁，弓箭就會失去其勁疾，堅利的刀甲也就無法發揮其作用了。如果製造戰車的人也能了解它的用法，那麼運用起來就會得心應手；再加上將帥善於指揮，士兵技巧熟練，那麼就會充分發揮其自衛堅守和進攻破敵的作用了。趙士楨還建議編練車營，這樣在防守時就能用戰車作為壁壘，進攻時用戰車實施衝擊，遇到江河可用戰車作為舟橋，在森林茂密之地可用戰車防衛兩翼，使戰車在白天和黑夜，在曠野和險要之地，都能充分發揮其戰鬥作用。像趙士楨這樣身無疆場之職，肩無三軍之任的火器專家，能如此精通火器使用的戰術是絕無僅有的。
16世紀末至17世紀初，聚居於我國東北的建州女真族迅速崛起，其傑出首領努爾哈赤，以軍事進攻與政治瓦解相並舉的策略，迅速統一了女真各部，並於明萬曆四十四年(公元1616年)建立後金政權，建元天命，自稱金國汗，以赫圖阿拉為都城，屯田積糧，積極備戰，伺機攻明。明萬曆四十六年(公元1618年)，努爾哈赤以明廷殺其父、祖和援助其對手葉赫部等“七大恨”為藉口，興師攻明，於次年三四月間，以其所率部眾六萬餘人，在薩爾滸(今遼寧撫順東)大敗遼東經略楊鎬所率領的11萬明軍。之後，後金軍以凌厲的攻勢，突破關外明軍的防線。至天啟元年(公元1621年)，後金軍已佔領明朝關外70餘城，兵鋒直逼山海關。在努爾哈赤步步進逼，關外形勢日益嚴峻的形勢下，朝廷許多高級文武愛國官員，都力排閹黨阻撓，紛紛獻計獻策，為抵禦後金軍的進攻而盡職盡力。其中以徐光啟、李之藻、孫元化、張燾、焦勗為代表的科學家與火器研製專家，為引進、研製與使用西洋大砲(明朝稱紅夷炮，清朝改稱紅衣炮)，作出了重要貢獻，成為明朝末期火器技術發生轉折性變革的軍事技術家群體。
徐光啟生於明嘉靖四十一年(公元1562年)，字子先，號玄扈，上海人。歷任詹事府少詹事、禮部尚書兼東閣大學士等職，是明末傑出的科學家和軍事技術家。他少年時代就胸怀大志，鑽研科學，注重軍事，關心國家的興亡和人民的安危。他在明萬曆二十八年(公元1600年)於南京結識意大利傳教士利瑪竇(公元1552—1610年)後，便孜孜不倦地學習歐洲科學技術，鑽研火器製造與使用的理論，並把這方面的書籍介紹給中國讀者。他在學習和鑽研的過程中，一方面結交了一批能夠傳播西方火器技術的傳教士，另一方面又聯絡了一批有志報國的明廷官員與火器研製者，為學習和傳播西方火器技術作出積極的貢獻，其中主要有光祿寺少卿李之藻、兵部主事孫元化、加銜守備張燾等人。他們都先後成為引進、仿製和使用西洋火砲的骨幹。
當明軍在薩爾滸戰敗後，徐光啟即於明萬曆四十七年(公元1619年)六月，奏請朝廷設險守固，建敵台、造大銃，以抵禦後金軍的進攻。不久，他又聯絡李之藻等人，以私人出面捐資方式，設法向澳門葡萄牙當局，進行試購西洋大砲的活動。朝廷採納了他的建議，支持他的購炮行動。經過多方努力，先後購買了30門西洋大砲，除一門在試射中炸毀外，18門留在都城，11門運往山海關，後又轉運至寧遠(今遼寧興城)，加強了寧遠的守備能力。
明崇禎三年(公元1630年)二月，徐光啟奉命監造西洋大砲。他以在仿製中力求超勝的思想為指導，設法訪求和選拔懂得軍事、心計智巧的人掌管軍器局，讓精通數理的人進行研製。他“除積弊，立成規，酌舊法，出新意”，使製成的火砲“精密堅致，鋒利猛烈”，不合格者決不驗收。為了發揚新型火砲的火力優勢，他十分重視新型敵台的建造，把造炮與建台作為一個整體加以考慮，提出了著名的“以台護銃，以銃護城，以城護民”的原則。他還親自設計和參加了一些敵台的建築。這些敵台依城而築，以大條石為基礎，與城等高，內分三層，下層安大型火砲，中層和上層所安火砲依次漸小。台徑可達數丈，牆壁設有火砲射孔，外牆為半圓形，內牆與城內相通，便於守城官兵出入。這種敵台可以從三面環射敵人，又能上下迭射，減少了死角，擴大了射界。同時，相鄰各敵台之間還可進行火力支援，構成大型城郭綿密的火力防禦系統。
徐光啟還對火器的使用提出了獨到的見解。他建議朝廷要選拔精兵，裝備精良火器，爾後再任命良將統領，進行嚴格訓練，使射手人人壯勇，技藝精熟，遠射時能百發百中，近鬥時能以一當十。他針對後金軍長於騎射、善於馳突的作戰特點，提出了堅壁清野、憑城堅守的戰法，把過去放在城外的火砲移置於城內各要地，轟擊攻城之敵，使敵無法接近城牆，待敵疲憊懈惰之後實施反擊，將敵擊退。為了收復遼東，他還提出了以車製騎的思想，主張建立裝備眾多火砲的車營，以阻擋和反擊敵軍騎兵的進攻。
徐光啟為引進歐洲火砲技術奔波10多年，直到70歲高齡時仍為守城制器之事操心。雖然由於明廷政治腐敗，國勢日衰，軍旅不振，他的主張並未被全部採納，目的也沒有全部達到，但是他的努力卻對明末清初的火砲製造，產生了積極的影響。作為一位卓越的科學家，徐光啟把自己的研究成果應用於國家的軍事實踐；作為一位傑出的軍事家，徐光啟把自己的軍事理論建立在科學的基礎上。這是徐光啟不同於其他科學家和軍事家的獨到之處。明崇禎六年(公元1633年)，徐光啟與世長辭。
李之藻是明末著名科學家和軍事技術家。明嘉靖四十五年(公元1566年)生，字振之，又字我存，仁和(今浙江杭州)人，明萬曆二十六年(公元1598年)進士。曾任光祿寺少卿、工部都水清吏司郎中和南京太僕寺少卿等職。他同徐光啟一起，通過利瑪竇學習歐洲的火器技術，推動了明末火器的發展。他在明天啟元年(公元1621年)所上的《為製勝務須西銃乞敕速取疏》中，全面闡述了他對發展明末火器的全部主張，有力地配合了徐光啟關於引進、仿製和使用西洋大砲的奏議，加速了朝廷對這些奏議的批准和引進、仿製西洋大砲的進程。他對西洋大砲的形制構造和作用有比較全面的了解。他認為，要仿製這些火砲，切不可只按外形依樣畫葫蘆，而要講求質量，堅持做到材料必須鍛煉有法，鑄造時不可差之毫釐，失之千里；使用時必須先嚴格訓練砲手，使之明理識算和掌握使用技巧，再派智勇良將進行指揮，以收戰必勝，攻必克，守必固的效果。為此，他建議朝廷要優待鑄炮工匠和操炮射手，寧可裁減無能之將和無用之兵，也不可怠慢這些人。因為有效地使用一門優質火砲，能抵數千精兵之用。他一生對天文、曆法、數學等自然科學多有研究，有《新法算書》、《天學初函》、《同文算指》、《容圓較義》等六部著作傳世。後兩部著作的成果，被孫元化應用於《西法神機》中，明崇禎三年(公元1630年)，李之藻去世。
孫元化是明末研製西洋大砲的專家。字初陽，號火東，嘉定(今屬上海)人。生年不詳。 《明史·徐從治傳》中附其小傳，稱他擅長西洋砲法，是徐光啟的門生。因上書陳述備京和防邊二策，得以在遼東經略孫承宗麾下參與軍事。明天啟二年(公元1622年)九月，他任兵部司務，在山海關協助孫承宗修築城防。天啟三年，他隨從寧前兵備道袁崇煥堅守寧遠城，負責調運和管理山海關的11門西洋大砲，並主持造炮事宜，全力支持徐光啟用西洋大砲抗擊後金軍的主張，在天啟六年(公元1626年)的“寧遠大捷”中立了戰功。至明崇禎初年起，任兵部員外郎，不久遷郎中。崇禎三年(公元1630年)，經徐光啟薦舉，他出任登萊巡撫，按徐光啟的意圖，在登萊聘請葡萄牙炮師製造西洋大砲，訓練使用西洋大砲的砲手。他把從利瑪竇和徐光啟處所學研製西洋大砲的技術，寫入《西法神機》中。崇禎五年(公元1632年)，其部將孔有德、耿仲明叛明降清，攻陷登萊，他被執後自殺未遂，被叛軍放歸。次年九月，被明廷處死。著有《經武全書》和《西法神機》等。
《西法神機》是孫元化的代表作，著於崇禎五年前。原稿在戰火中流失，幸有其表親王式九留有副本。清康熙元年(公元1662年)四月，疁〔liu 流〕城(即嘉定)人金民譽據此副本刊印於古香草堂。全書分上下兩冊，約三萬多字，附圖19幅。書中記載了30多種火藥配方及其原料的提煉與火藥的配製方法，詳盡地比較了各種火藥配方的優劣。又以徐光啟與利瑪竇合譯的《幾何原本》、李之藻所著的《同文算指》和《容圓較義》為依據，採用科學的定量方法，以火砲的口徑尺寸為基數，按照一定的比例倍數，設計火砲與砲車的各部分。提出了彈重、裝藥量與火砲口徑成一定比例的關係。 《西法神機》反映了孫元化關於火砲設計的思想。他認為，研製火器必須明理識性，“推物理之妙”，合乎事物之特性，才能製成合用的成品。
孫元化經過對火砲的射程與射角關係的一系列試驗後指出，火砲的射擊，若從平射位置即零度直射算起，射程隨砲管仰角的增加而漸遠，超過45度後，射程又逐漸變近。他經過研究後認為，砲彈射出砲膛後，既有向前直飛之勢，又有受地球引力下墜之勢，兩者合成曲線軌跡，過曲線頂點後，飛行速度減慢，殺傷力削弱，最後飛行速度為零，殺傷力消失。他的論述雖不如伽利略對拋物線的論述透徹，但已相去不遠。與此同時，他還在《銃台圖說》一節中，對大型火砲發射後產生強烈震動的原因，作了初步的探討。他認為發射火砲時，由於“銃氣(即火藥燃氣)出口，空氣相激，氣之動也最捷，故山谷皆答(即迴聲)，其近而裂者，則能排牆，能撼石”。這是對大型砲彈射出後所生衝擊波現象的一種樸素解釋。孫元化對上述兩種現象的探討和闡述，是對火器技術的兩大突出貢獻。
張燾是明末將領、著名火器研製家。錢塘(今浙江杭州)人。出生年月不詳。成年後以李之藻為師，是孫元化的同僚，曾任加銜守備，官至登萊副總兵官。他全力支持徐光啟的主張，親自組織人員赴澳門，完成了第一批西洋大砲的購買、運輸回京，以及聘請葡萄牙炮師來京協助造炮和訓練砲手的任務。 《明史·徐從治傳》說他於崇禎五年(公元1632年)因部將孔有德兵變被逮。 《明思宗實錄》說他被叛軍所俘，因拒降而自縊身亡。 《明史·藝文志》和《千頃堂書目》，錄有張燾和孫學詩合寫的《西洋火攻圖說》一卷，至今還沒有發現這本書。
焦勗是明末著名火器理論家。寧國(今安徽貴池)人。生卒年不詳，其主要活動要晚於上述幾位火器研製家。其時正值明末動亂之時，他目睹朝政腐敗，武備鬆弛，人民遭受戰亂之禍，於是潛心研究火器技術，以為救時之用。他在德國傳教士湯若望(公元1591—1666年)口授造炮技術的基礎上，編著成《火攻挈要》，刊於明崇禎十六年(公元1643年)。原書分上下兩卷，附《火攻秘要》一卷，北京圖書館藏有原刊本的清抄本。清道光年間，軍事技術家丁拱辰對書中疏漏之處作了修正。不久，軍事技術家潘仕成在編輯《海山仙館叢書》時，收錄兩書於其中，合稱《火攻挈要》，又名《則克錄》，分上中下三卷，約四萬餘字，附圖27幅。全書以介紹火藥、西洋大砲及各種火器的製造與使用方法為主，涉及金屬冶煉、機械製造與數理化知識，反映了西方火器傳入中國後，使中國火器技術開始從陰陽五行化生學說的舊窠，轉向以定性與定量分析相結合新軌道的概況，是中國古代火器進入一個新的發展階段的重要標誌之一。
上述幾位著名的火器研製家，除焦勗的活動年代稍晚和生平事蹟不詳外，徐光啟、李之藻、孫元化和張燾，都直接和西洋大砲的引進、仿製和使用有關。他們向澳門葡萄牙當局購買的30門西洋大砲，實際上是一年前擱淺於澳門附近英國艦船上裝備的30門艦炮，系英國在15世紀後期製造的一種加農炮，具有身管長、威力大、射程遠等優越性。 《明史》的作者張廷玉在《和蘭(荷蘭)傳》中，把它誤記為荷蘭人所造。由於當時稱荷蘭人為“紅夷”，所以稱它為“紅夷炮”。近些年來，一些學者經過對傳世實物和文獻的考證，認為它是從英國而不是從荷蘭傳來的，他們的論據比較充分可靠。明天啟六年(公元1626年)正月，明寧前兵備道袁崇煥，在寧遠城指揮明軍使用這種火砲，打退了後金軍的進攻，取得了寧遠保衛戰的勝利，創造了運用大型火砲進行守城戰的戰術。至今人們仍稱道袁崇煥的戰績及其指揮的“寧遠大捷”。武藝超群、足智多謀的努爾哈赤自起兵以來，從來沒有吃過這麼大的虧，自寧遠一戰被袁崇煥打敗後，一直憤憤不平，咽不下這一口氣，結果在當年就抑鬱氣憤而死。
“寧遠大捷”以後，明廷更加倚重紅夷炮，派徐光啟等人組織工匠進行製造。崇禎三年(公元1630年)二至八月，共製造了400多門。崇禎五年後，明廷聘請德意志傳教士湯若望主持造炮事宜，又造炮500多門。除朝廷組織工匠製造西洋火砲外，當時一些地方的軍政要員，如兩廣大吏王尊德、總督盧像升、總督高起潛、總督洪承疇等人，還私人捐資製造了一部分西洋大砲，作為抗擊後金軍進攻之用。
“寧遠大捷”以後，不但明廷繼續製造紅夷炮，而且後金繼努爾哈赤之後的皇太極，也想藉助紅夷炮提高後金軍的戰鬥力，於是在後金天聰五年(明崇禎四年，公元1631年)製成第一門紅衣炮，定名為“天佑助威大將軍”。從此，長於騎射，善於在野戰中馳突取勝的後金軍如虎添翼。他們以紅衣炮為攻城掠地的利器，向明軍展開大規模的進攻，很快奪取了明廷在山海關外的全部領地。
明崇禎十七年(公元1644年)，清軍入關，建立了我國歷史上第二個由少數民族入主中原的統一政權清朝。清朝建立以後即增設八旗炮廠、濯靈廠，製造紅衣炮與火藥，使紅衣炮成為清軍裝備的系列炮種。清軍入關之初，南明政權、南方各地人民、民族英雄鄭成功所部，也都製造和使用紅衣炮，抗擊清軍的進攻。清順治二年(公元1645年)四月十五至二十五日，史可法在揚州以大型火砲進行守城戰，擊殺攻城清軍數千人。閏六月，江陰典史閻應元，以上千支鳥銃、上百門火砲，在江陰與清軍相持80多天。鄭成功在順治三年興師反清後，曾使用大量火砲突入長江口，先後克瓜州、下鎮江、逼南京，轉戰江南和江北29城，清軍屢受其挫。順治十八年(公元1661年)初，鄭成功在率領部下渡海進攻台灣島上的荷蘭人時，曾使用200多門火砲，進行渡海作戰，並於當年三月，將荷蘭殖民者逐出台灣，收復了我國的領土台灣島，創造了從海上進攻島嶼的用砲戰術。
清康熙年間，清廷曾任用在華供職的比利時人南懷仁(公元1623—1688年)，督造紅衣炮等各種火砲，為平定三藩和收復被沙俄侵占的雅克薩城創造了條件。康熙十三年(公元1674年)，清廷著手組建火器營，使清軍在全國范圍內，形成了以火器營砲兵、京師八旗砲兵、各省駐防的八旗砲兵及綠營砲兵組成的砲兵力量，具有較強的威懾作用。康熙三十五年(公元1696年)，康熙帝親率大軍，攜火砲100多門，前往新疆平定噶爾丹部的叛亂。在昭莫多之戰中，清軍使用沖天炮轟毀敵營，取得了平叛戰爭的勝利。總計康熙一朝，共製造大小銅砲900多門，濯靈廠每年產火藥50萬斤。
康熙年間，清朝曾出現過一位著名的火器研製家戴梓。戴梓字開文，錢塘(今浙江杭州)人。戴梓生於清順治六年(公元1649年)，善詩畫，曉天文，通算法，熟諳火器製造。清康熙十二年(公元1673年)，三藩叛亂，次年六月，康熙命康親王杰書率軍南征，途經杭州時，25歲的戴梓從軍，並向康親王進獻了連珠火銃。之後，戴梓在作戰中因功受獎，回師北京後，受到了康熙皇帝的召見和殿試，又授予翰林院侍講。
據清朝乾嘉時期的著名學者紀昀，在中記載，戴梓所研製的連珠火銃“形若琵琶，凡火藥鉛丸，皆貯於銃脊。以機輪開閉。其機有二，相銜如牡牝。扳一機則火藥鉛丸自落筒中，第二機隨之並動，石激火出，而銃發矣，計二十八發。火藥鉛丸乃盡，始需重貯”。從這一描述中可知，扳動第一機是裝填彈藥，第二機隨動是發射彈丸；依次再扳再射，可連續28次，發射28彈，可見這是一種連扳連射的燧發槍。這種槍的最大優越性在於簡化了裝填手續，每裝填一次，可連續射擊28發彈丸，提高了發射速度。因此，這是一種由單裝、單發向多裝、單發、連射過渡的一種新式單兵槍。可惜，這種槍在當時並未得到重視，也沒有推廣使用，不久便失傳了。
戴梓還仿製過一種歐式“蟠腸鳥槍”。據說當時的歐洲傳教士曾經向康熙進貢一支“蟠腸鳥槍”，以示其武器的精良。康熙即命戴梓仿製，戴梓很快仿製成功，並以10支仿製品返贈傳教士。戴梓還為研製沖天炮作出了貢獻。據說康熙曾命南懷仁製造沖天炮，但時過一年，卻進展緩慢。戴梓只用了八天時間便創製成功。康熙非常高興，親自率領王公大臣，前往靶場觀看射砲演習，果然性能良好，威力較大。演試後，康熙封此炮為“威遠將軍”炮，命工匠在砲身上鐫刻戴梓之名，“以示其不朽”。此炮在康熙三十五年(公元1696年)的平定噶爾丹之戰中，發揮了重要作用。乾隆時期的國子監博士金兆燕，對“威遠將軍”炮作了十分生動的描述。他說這種炮“子在母腹中，母送子出，從天而下，片片碎裂，銳不可當”。
清朝前期還有些火器研製者曾有過創造發明，如江蘇吳縣的薄玉，對地雷與火砲都有研究。康熙時期，武備院有一位名叫連登伍的鐵匠，曾創製過子母炮式的爆炸彈，殺傷威力甚大，康熙也曾賜名此彈為“五子奪蓮”，並給連登伍以獎勵。但因後來戰事減少，國內局勢日趨平定，對槍砲的需要日漸減少，製造數量也隨之削減，幾乎有刀槍入庫之勢。加上歷屆朝廷實行閉關自守的政策，限制國內的火器研製，隔絕外國先進火器研製成果的傳入，致使中國火器發展受到挫折，走向低谷，直到鴉片戰爭爆發時，清軍依舊使用陳舊的火繩槍砲抵禦西方侵略者，結果戰敗，這一沉痛的歷史教訓，是值得我們記取的。