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。
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