Российская артиллерия, которая не развивалась в период Смутного времени, в XVII в. добилась значительного прогресса. В первой половине столетия две трети всех пушек изготавливались из бронзы; ко второй четверти стандартизация продвинулась до такой степени, что количество производимых калибров сократилось до тринадцати (для оружия, использующего ядра от полутора до двадцати шести фунтов). Кроме того, малокалиберное оружие было заменено крупнокалиберным. И тем не менее главной проблемой этого периода оставалась недостаточно строгая стандартизация. «До царствования Петра Великого отливка и изготовление оружия всегда зависели от прихоти создателя». Страна была недостаточно богата, чтобы отказаться от старого оружия, когда появлялись более новые, более совершенные модели. Это видно из описи артиллерии, сделанной в Смоленске в 1670 г. Из 377 орудий в крепости 93 были изготовлены из тульского железа, 62 из литовской бронзы и 92 из русской бронзы. Некоторое из этого оружия было изготовлено еще при царствовании Ивана III и Ивана IV. Одни из них были огромными, со стволами длиной почти в 4 аршина (аршин = 70,9 см), другие короче, разного веса и калибра. Самая большая проблема, присущая этим расхождениям, характерным для России, заключалась в том, что это сильно мешало подготовке артиллеристов. Из какого бы оружия ни обучался воин стрельбе, он, скорее всего, в конечном итоге получал совсем другую модель, требующую других баллистических расчетов, другого отношения заряда к снаряду и т. д. Только Петр I смог построить заводы для оснащения армии оружием российского производства, унифицированным настолько, что стала возможной единая военная подготовка.
Железное оружие разного калибра делали из железа в Туле, Городище и Павлове. Там производились также пушечные ядра, ручные гранаты, бомбы, железные детали для лафетов. Пушки малого калибра и ядра изготавливались в кустарных мастерских.
Крупнейшим центром производства тяжелого вооружения был Пушкарский двор в Москве. Если в России в XVI в. насчитывалось всего двадцать пять пушечных дел мастеров, то в следующем столетии их было не менее двухсот. В период 1686–1696 гг. от четырехсот до пятисот рабочих, представлявших тридцать две профессии, трудились на Пушечном дворе. В очень короткий срок они вместе с московскими пушкарями смогли выпустить сравнительно большое количество однотипных орудий, как во время Тринадцатилетней войны, когда выполнялись крупные заказы. Сохранившиеся оружейные ведомости показывают, что в 1664 г. Пушечный двор отлил 60 полковых пушек в 3 аршина и 7 вершков (96¼ дюйма) в длину, 37-го калибра, весом 18–24 пуда каждая; в 1671 г. были отлиты еще 60 пушек, и одновременно был получен еще заказ на сотню такой же длины. Большое количество оружия также изготовлялось до и во время Русско-турецкой войны 1676–1681 гг. В результате таких крупных производственных мощностей во второй половине XVII в. в России было произведено от четырех до пяти тысяч артиллерийских орудий.
Как и в области ручного огнестрельного оружия, в артиллерии был достигнут значительный технический прогресс. Одним из знаменитых мастеров-пушкарей слыл Харитон Иванов, который в 1661 г. отлил четырнадцать небольших пищалей, из которых можно было стрелять, не спешиваясь. В следующие два года он отлил две скорострельные пищали и шесть полковых пушек с коническими пороховыми камерами длиной 2 аршина (56 дюймов), стрелявших ядрами около 3 гривенок (2,7 фунта) весом. Позднее это орудие было принято на вооружение в 1699 г. в качестве полковой артиллерии регулярной армии.
Артиллерийское оружие было достаточно высокого качества. Во второй половине XVII в. стало возможным размещать и выполнять заказы на пушки заданного калибра и длины, при этом основные параметры каждого орудия рассчитывались с определенной степенью точности. Совершенствовалось и производство пушечных ядер, и не позднее 1690 г. на заводах в Туле и Кашире для отливки снарядов стали использовать железные формы вместо глиняных. (Другие заводы не переходили на железные формы, пока Петр I не принудил их к этому указом 1709 г.) Успехи были достигнуты и в создании мортир (артиллерийское орудие с коротким стволом), особенно в снижении их веса; в последней трети XVII в. вес средней мортиры уменьшился на треть. Другим показателем развития русской артиллерии во второй половине XVII в. стал рост численности артиллерийского контингента – с 4250 человек в 1651 г. до 7000 в 1680-х гг. Значительный прогресс был также достигнут в 1690-х гг., но это выходит за общие хронологические рамки данного обсуждения.