奉天军械厂改为东三省兵工厂。在沈阳市大东边门外,重新辟建筑枪,炮弹,炮等三厂,由丹麦商家文德(Winther)公司承建,并派技师克力敦尔弥驻厂指导安装。并于库房西侧,修筑站台,铺设铁轨,火车可直通厂内。
陶治平担任督办。其经费来自东北边防司令长官公署,依年度预算拨发, 不足时追加。
1923年韩麟春任总办,增加会办一职,由翁之麟担任。增建枪弹,炮弹二厂。所有机器购自日本,并聘请日本技师,担任设计指导。并增建炼钢厂,机器厂,锅炉房,水塔,蒸气及水道等设备。韩麟春毕业于日本士官学校,据说13式步枪的防尘盖是由他设计,因此该枪有称之为『韩氏七九步枪』,或『韩麟春造』者。
1924年改总办为督办,由杨宇霆兼任,一直至1929年杨被张学良所杀为止。开始生产13式79步枪,主要仿造自捷克毛瑟98/22式步枪。但是有一些不同的地方,最大的差异是枪栓的构造。
主要差别是橄榄状的拉柄头,枪栓内的撞针部,采用内部弹簧的设计,这个设计最有名的是日制38步枪,定型于1906年。 中国很早就采购日本的38步枪。1922年时,张作霖曾以一百万元的代价买下日本在海参崴的一个军火库,其中包括了步枪,弹药,炸弹等。 因此设计上受到日本的影响并不奇怪。当时枪厂的外籍技师为日本人佐藤勇之助,是日本士官学校及炮工学校毕业。另外有人指出,奥地利在1917年曾设计过一模一样枪栓,后来经过改进,在1931年生产称为M31a,也有防尘盖。因此这个设计到底是谁抄谁,没有定论。另一方面,东三省兵工厂中的其它外籍技师很多,各国都有,大家各自贡献一些所学也有可能。例如总顾问白兴就是奥国人,毕业于奥国格兰斯工科大学。其它13式的特征,像使用两段式枪托,枪匣上的两个减压孔,就完全是日式步枪的设计了。13式在国内又称为辽造98步枪。起初月产400枝。
1925年杨宇霆升任督办。又派德藉技师赴德采购大量机器,于冬季运到,开始安装。枪,炮,钢及机器等厂,亦相继增筑,添购机器,所具规模加倍于前。并设立兵工小学及兵工学校。
1926年至1928年,完全为扩充时期,增建枪厂及轻机枪厂。有机器8千余部,枪,炮两厂,为初建时之7至8倍,扩建完成,为当时全国规模最大之兵工厂。
1928年国民革命军沿着京浦,京绥北伐,北洋政府的陆军大元帅和安国军总司令张作霖,内政,外交都陷于绝境。在多方考虑之后, 张作霖通电休战,决定退出关外。6月4日清晨5时23分,日本关东军安排了皇姑屯事件。炸毁张作霖北返的火车,张身受重伤,回到沈阳,于早上9时死亡。
张学良换装潜回东北,接任东三省总司令,到了12月29日宣布易帜,时年27岁。实质上,中央的力量不及于东北,东三省只是名义上并入国民政府。
