Обладая большими творческими способностями, имея хорошую инженерную подготовку и практические навыки, приобретенные на Тульском заводе, С. И. Мосин, внимательно следивший за всеми новшествами оружейного дела, в начале 80-х годов включился в работу по созданию магазинной винтовки, то есть винтовки, снабженной магазином — устройством, в котором размещается несколько патронов, что обеспечивает ускорение перезаряжения, а следовательно, и увеличение скорострельности.
В 1882 г. Мосин начал работы по переделке однозарядной винтовки Бердана в магазинную и в 1884 г. сконструировал к ней оригинальный реечно-прикладной магазин на 8 патронов, механически и последовательно заменявший отстрелянные патроны боевыми. Это была первая творческая заявка конструктора-оружейника.
Через три года С. И. Мосин предложил новый вариант винтовки с магазином на 12 патронов. Из представленных в военное ведомство 119 образцов винтовок (81 образец — иностранные) винтовка Мосина оказалась лучшей.
В 1887 г. Мосин прекращает работы по переделке винтовок существующих конструкций и начинает разработку совершенно новой магазинной винтовки под разработанный к тому времени унитарный малокалиберный (7,62-мм) патрон. В 1890 г. новая винтовка была готова и представлена на испытания, которые показали ее полное конструктивное и боевое превосходство перед винтовкой, одновременно предложенной военному ведомству бельгийским оружейным фабрикантом и конструктором Л. Наганом. За создание магазинной винтовки Мосин был удостоен большой Михайловской премии, присуждавшейся один раз в пять лет за лучшие изобретения в области артиллерии. В апреле 1891 г. винтовка Мосина под названием «трехлинейная[5]
винтовка образца 1891 г.» была принята на вооружение русской армии.По настоянию царских чиновников, подкупленных неудачливым бельгийским соперником Мосина, винтовка не была названа именем своего создателя. Но и безыменная, она исправно служила русскому солдату и в русско-японскую, и в первую мировую войну. Ей суждено было стать оружием Великого Октября. С ней солдаты, матросы и красногвардейцы штурмовали Зимний дворец. Винтовкой Мосина была вооружена Красная Армия, громившая интервентов и белогвардейцев в 1918–1920 гг. Модернизированная в 1930 г., oнa безотказно служила советским воинам и в годы Великой Отечественной войны. Более полувека винтовка Мосина находилась на вооружении русской и Советской армий. Этот огромный срок является показателем ее высоких конструктивных н боевых качеств.
В апреле 1894 г. С. И. Мосин был назначен исполняющим должность начальника Сестрорецкого завода. Через шесть лет он был утвержден в этой должности и «за отличие по службе» произведен в генерал-майоры. На посту начальника завода Мосин активно участвовал в работе по налаживанию серийного производства винтовки своей конструкции. Работы по производству трехлинейной винтовки выдвинули Сестрорецкий завод в число передовых предприятий.
В начале 1902 г. С. И. Мосин простудился и в конце января скончался от крупозного воспаления легких. Известие о смерти Мосина было встречено полным равнодушием со стороны военного чиновничества и правящих кругов. Не замечать при жизни и не признавать после смерти отечественные таланты — обычное явление в царской России.
Прошло время, но советский народ хранит светлую память о талантливом изобретателе. В 1949 г. Совет Министров Союза ССР в ознаменование столетия со дня рождения конструктора русской трехлинейной винтовки образца 1891 г. Сергея Ивановича Мосина принял постановление об увековечении его памяти. В Туле, где замечательный русский патриот создал свою винтовку, поставлен памятник С. И. Мосину; на месте дома, где он жил, установлен мемориальный знак, на здании Сестрорецкого завода — мемориальная доска; имя С. И. Мосина присвоено Тульскому машиностроительному техникуму и одной из улиц Тулы; в Тульском политехническом институте учреждены стипендии имени С. И. Мосина для студентов и аспирантов.
В I960 г. Тульское областное отделение НТО «Машпром» учредило премии имени С. И. Мосина, которые ежегодно к Дню машиностроителя присуждаются действительным членам НТО за выдающиеся успехи в области теории, проектирования и изготовления машин, а также за достижение высоких показателей в выполнении производственных заданий.
От отца, своего наставника на заводе и старших товарищей Василий Дегтярев много слышал о Мосине, других русских изобретателях, имена которых в условиях дореволюционной действительности оставались в тени. Царские чиновники, слепо преклонявшиеся перед иностранным оружием и его конструкторами, пренебрежительно относились к инициативе и творчеству русских мастеров. Получая взятки от иностранцев, они протаскивали в производство на русские заводы образцы их вооружения, а изобретения отечественных конструкторов-оружейников не находили применения. Винтовка С. И. Мосина была счастливым исключением в русской действительности.