Существовали, однако, и полностью централизованные государственные оборонные предприятия, такие как Пушечный и Пороховой дворы. В Европе пушки вошли в употребление с XIV в., — в конце этого столетия они отмечены и на Руси: из них стреляли в осаждавших Москву воинов Тохтамыша; несколько позже (1389) Тверская летопись сообщает, что «из немець вынесоша пушкы»; под 1394 г. упоминаются пушки в войне псковичей с новгородцами. В XV в. особым качеством отличались, кажется, тверские пушки, о посылке которых союзникам или боевом употреблении при осаде городов упоминается неоднократно, но артиллерия была уже и в столицах более отдаленных княжеств — например, в Галиче (упомянута в 1450 г.). Первые дошедшие до нас орудия принадлежат эпохе Ивана III. Сперва железные, они делались путем ковки и сварки, оставлявшей швы и ухудшавшей качество стрельбы. В конце XV в. на Руси научились отливать цельнолитые стволы из бронзы, но более дешевые железные пушки еще долго делались и применялись.
Особого расцвета достигло литье пушек в XVI в.: теперь некоторые усовершенствования появлялись на московском Пушечном дворе одновременно или даже раньше, чем в Европе. До нас дошли имена самых знаменитых мастеров (таких, как Андрей Чохов, отливший гигантский дробовик «Царь-пушку», Степан Кузьмин). Лучшие образцы были собраны в Оружейной палате, где иностранцев устрашали «очень красивые медные пушки» и «хороший запас военных снарядов». Многие орудия, действительно, были прекрасными произведениями искусства, и каждая пушка носила собственное имя. Однако индивидуальность и исключительность, важные в художественных изделиях, для оружия скорее недостаток: все пушки имели разный калибр, и каждая должна была снабжаться ядрами своей величины, что резко снижало эффективность огня. Позже, в XVII в., многие из этих орудий (как та же «Царь-пушка») приобрели скорее парадный, чем боевой характер. Литейщики и кузнецы, делавшие пушки и железные ядра, трудились, конечно, централизованно — на Пушечном дворе близ реки Неглинной, рядом с Кузнечной слободой, и на Успенском Вражке, где варили селитру для пороха (о чем известно из рассказа о пожаре 3 июня 1531 г., когда «на Успленьском враге на Алевизовьском дворе» взорвалось «зелье пушечное» и погибло 200 мастеров). Производство пушек, ядер и пороха не было целиком сосредоточено в Москве, но распространилось по всей стране (тем более, что для него необходимо было добывать сырье — селитру).
Эффект применения пушек при защите и осаде городов был очень велик: Василий III, например, взял с их помощью Смоленск, причем литовские наемники отмечали, что он «имел перед крепостью до двух тысяч пищалей (род пушек), больших и малых, чего никогда еще ни один человек не слыхивал» (1514 г.). Специальные «стенобитные» пушки разрушали в 1552 г. стены Казани гигантскими ядрами «в колено человеку и в пояс», действовали под Полоцком и при обороне Пскова в 1581 г. Пушки защищали стены не только Москвы, но и всех крупных русских городов; они стояли на площадях; из них салютовали при торжествах. Среди них, конечно, были не только огромные, но и малых размеров; к концу XVI в. их начали уже более эффективно использовать и в полевых условиях.
В середине XVI в. были сделаны важнейшие шаги по организации регулярных, хорошо оплачиваемых частей европейского образца, подчиненных царю. Они состояли из иноземных наемников и русских служилых людей. Последние составили шесть полков «выборных стрельцов из пищалей» (около 3 тысяч к 1550 г.). «Большой приказ» стрельцов должен был находиться «всегда с государем куды государь пойдет», поэтому их сначала селили в Воробьевой слободе и лишь позже в других местах (между Кремлем и Стрелецкой слободой, у Тверских ворот, за Арбатскими воротами). О высокой боевой подготовке стрельцов один из англичан, наблюдавший их учения, писал: «…Его царское величество и вся его знать выехали в поле в отличном порядке… Впереди шли 5000 стрельцов… по пять человек в ряду с пищалью через левое плечо и фитилем в правой руке. Построившись, стрельцы атаковали вал изо льда высотой 6 футов и толщиной 2 фута. Помимо стрельбы из пищалей производились и залпы из артиллерийских орудий — от мелких до средних… два сруба, в которые они стреляли, были разнесены в щепки, а построены они были из крепкого дерева и набиты землей, по крайней мере на 30 футов толщиной» (о маневрах в районе Трубной площади 12.XII.1557 г.). Стрельцы играли важную роль в войнах эпохи Грозного. Уже через два года после создания стрелецких частей, 12 ноября 1552 г. была взята Казань. В Ливонском походе их стало до 6 тысяч, а к концу 80-х гг. число выросло вдвое (12 тысяч, из которых 5 тысяч безотлучно состояли при царе). Оружием стрельца был, прежде всего, мушкет с кремневым замком и бердыш — тяжелый топор в форме полумесяца, укрепленный на длинном прямом древке. Воткнув нижний конец древка в землю, воин мог положить ствол мушкета на вырез топора и получить упор для прицела. У стрельцов были и сабли, но они не стремились вступать в рукопашную без крайней необходимости (в их задачу входило прежде всего ведение огня). Создавались и конные стрелецкие части, но лишь как мобильная пехота: стрелять с коня из мушкета было невозможно.
Иноземные части в русских войсках были сначала немногочисленны, это была личная охрана государей (например, Василия III, Лжедмитрия I) и вспомогательные отряды из числа малых народностей. Но постепенно их количество возрастало. Например, в поход 1578 г. выступили всего 400 человек «немец», а через десятилетие только поляков и казаков (черкас) было 4 тысячи. Европейские наемники на московской службе получали поместья (100–400 десятин), «кормовые деньги» на обзаведение (в том числе на семена), богатую одежду (включая меховые шубы), «кормы» (в том числе мед — крепкий напиток, запретный для обычных москвичей). Это были выгодные условия, и Москва в общем не испытывала недостатка в желающих служить. Зато появился недостаток в деньгах, которые были с трудом изысканы Избранной радой (реформы 50-х гг. были порождены в известной степени именно этим). Вторично острейшая нужда в деньгах на армию возникла с началом Ливонской войны, став одной из причин введения опричнины. Эта война вообще вскрыла многие недостатки в русском войске: например, сразу обнаружился недобор дворянской конницы: верстанием охватили почти детей, которых уже с 12 лет включали в списки и верстали поместьем (Иванец, сын князя Андрея Львовича Зубатого, «новик» 1558/9 г., был «осмотрен в Москве», причем выяснилось, что он «телом мал — 12 лет», но все же «дан в службу, срок на 3 года»). Неудачи последнего периода заставили всерьез подумать о перемене военной системы, но для коренной реформы уже не оставалось средств, и существенные изменения в военном деле Москвы наметились уже в XVII в.
В XVII в. дворянская конница оставалась многочисленной, но ее роль в войнах на Западе все более сходила на нет. При осаде и обороне крепостей (в которых и состояла зачастую цель кампании) обилие иррегулярной кавалерии вообще доставляло больше помех, внося дезорганизацию и создавая трудности со снабжением. Для успешной войны с Речью Посполитой или Швецией требовалась обученная действиям в строю и вооруженная огнестрельным оружием пехота, инженерные войска и артиллерия, а также не столь многочисленная, но профессиональная, управляемая и упорная в ближнем бою кавалерия. Поэтому правительство было постоянно озабочено развитием системы наемных отрядов, а также созданием и умножением полков «европейского строя». Из людей «по прибору» (вольнонаемных служилых на государственном жалованьи) составлялись десятки слобод стрелецких и солдатских полков. В Москве военные слободы лежали внутри Белого (4 слободы) и Земляного (23 слободы) города. Обычно слобода заселялась одним полком и включала 500–1000 воинов, часто получая название по имени командира полка (например, Зубовская, Сухаревская). Вне стен их не ставили, предпочитая отводить, в случае нужды, земли черных слобод, которые переселяли за город. Это объяснимо: стрельцы постепенно стали опорой власти и постоянно росли в числе: с 7600 в начале века их стало к 1681 г. 22 500 человек. В мирное время они несли караульную и полицейскую службу, а поскольку жалованья вечно не хватало, в свободное время занимались промыслами и торговлей. (Стрельцы должны были получать ежегодно 5–10 руб., то есть гораздо меньше, чем многие мастера Оружейной палаты; 40 пудов ржи и столько же овса; сукно на кафтан.) Наиболее привилегированной частью был Стремянной полк — личная охрана государя из стрельцов. Менее престижной считалась служба солдат, жалованье которых уступало стрелецкому. В Москве стояли два солдатских полка (Аггея Шепелева и Матвея Кравкова), в которых все офицеры были русскими (офицеры солдатских, рейтарских и драгунских полков «в городах» могли быть иноземцами). Москва была вообще сильно военизирована, здесь помещались части, охранявшие городские стены и ворота (две Воротничьих слободы и пушкари, вместе с мастерами-ремонтниками насчитывавшие 500 человек), казаки и другие отряды (была даже Капитанская слобода). Офицеры и солдаты, служившие в иноземных частях, населяли Немецкую слободу. В конце концов, именно им и суждено было обучить два первых «потешных» полка, Семеновский и Преображенский, которые положили начало формированию Петром I регулярной русской армии.