Вооружение русского войска в XVI в. значительно усовершенствовалось и во многих отношениях превосходило вооружение других современных армий. Улучшилось и стало более единообразным холодное и защитное оружие конницы. Широко распространилось огнестрельное оружие - ручное и пушечное . Не только пехота, но отчасти и конница были вооружены «рушницами», или «самопалами», то есть ружьями с фитильным запалом. Этому способствовало развитие добывающей промышленности и ремесла. Главную роль в производстве оружия и военного снаряжения играла Москва - она стала «в полном смысле арсеналом России». С 1547 г. известна Оружейничья палата, где тогда не только хранили, но и изготовляли холодное и огнестрельное оружие, седла, знамёна и доспехи.
Возникший ещё в XV в. Пушечный двор превратился в большое литейное производство, где изготовляли медные и железные орудия различного вида и назначения и железные ядра к ним. Пушки и ядра делали и в других городах, например во Владимире, Великом Новгороде, Пскове. Вместе с учреждением Бронного и Пушечного приказов в 70-х годах XVI в. Москва стала организующим центром оружейного производства на территории всей страны. Во многих городах возникли новые профессии ремесленников-оружейников, которые специализировались на выделке новых, более совершенных видов оружия и доспехов. Рядом с лучниками и саадачниками работали теперь сабельники, бронники, кольчужники, зелейники, пушечные и самопальные мастера, а среди последних - специалисты по изготовлению ружейных стволов, замков и лож. Разделение труда и оснащение оружейного производства новыми орудиями и инструментами способствовали повышению качества оружия. Применялось также оружие западного и восточного происхождения. В России, как и в других странах, для производства новых видов оружия стремились привлечь высококвалифицированных мастеров из других стран. Так уже при Василии III в Москве работали пушечные литейщики из Германии, Италии и Шотландии.
Саадак - лук с налучником и колчан со стрелами - оставался общепринятым оружием конницы; описывая сражения того времени, летописцы часто употребляют выражение : «и полетеша стрелы, аки дождь». Дальность полета стрелы стрелы служила мерой расстояния между противниками -«аки три перестрелы лучных». Тучами стрел противники поражали друг друга в полевых сражениях, при штурме и обороне крепостей. Сила этого оружия видна из того, что удачно пущенная стрела могла пробить насквозь тело бойца, наповал убить его коня. Она увеличивалась применением ромбического железного жала, двушипных и двурогих стрел - шипы мешали выдернуть стрелу из тела, рога расширяли рану. Скорострельность обеспечивалась удобным расположением колчана со стрелами под правой рукой, а лука в налучнике на левом боку всадника.
Оружием ближнего рукопашного боя в XVI в. стала сабля - о полном ее господстве и широком распространении говорят как русские, так и иностранные свидетельства. Так, все без исключения 288 человек детей боярских и дворян коломничей, 100 человек ряшан, в том числе и «новики», только что зачисленные на службу, все сопровождавшие их в походе вооруженные слуги несли службу «в сабле», лишь несколько слуг были вооружены копьями. Русские булатные сабли с несколько искривленным клинком были схожи с турецкими. Несмотря на известные различия конструкции - одни имели крестовины лопастями, другие с шариками, у одних было расширение нижней части клинка, а у других ее не было, - в целом сабли были однотипны. Поэтому вывод о том, что русская конница XVI в. была «не разношерстной пестрой толпой, а войском, вооруженным по требованию правительства более или менее однообразно» надо признать справедливым. В XVI в. продолжали применять копья с длинным древком и железным наконечником, метательные копья - сулицы, рогатины с секировидными лезвиями, железные кистени в виде гирьки с шипами, прикрепленными цепными звеньями к рукояти, длинные продолговатые кинжалы в ножнах. Усиление защитной брони воинов вызвало к жизни противодействующее оружие - чекан - или клевец в виде железного или медного молота с рукоятью до 60 см: удар острым бойком обуха пробивал панцирь или любой другой вид брони. Шестоперы на железной рукояти длиной до 60 см представляли собой «начальнический жезл» который возили перед воеводами в походе.
Холодным оружием пехоты служили бердыш и сабля, которая и в пехоте вытеснила меч. Бердыш представлял собой вид топора с лезвием полумесяцем, который посредством обуха прикреплялся к длинному, в рост человека, древку или ратовищу. Такое устройство превращало бердыш в оружие рубящее и колющее. На нижний конец древка насаживалось железное копьецо для втыкания бердыша в землю при стрельбе из ружья, для которого он служил подсошком. Бердыш изготовляли только в России.
Громадная роль огнестрельного вооружения русского войска XVI в. в полной мере еще не раскрыта. Вместе с улучшением техники литейного дела значительно возросло число орудий, появились талантливые русские мастера, изготовлявшие теперь пушки разного вида и назначения. Если в XV в. артиллерия, главным образом, защищала стены крепостей, то теперь она действовала при осаде крепостей и в полевых сражениях. Русские летописцы называют артиллерию великого князя Василия III, с помощью которой он овладел Смоленском, «великим нарядом». Участник смоленского сражения 1514 г. - наемник, служивший в литовском войске, сообщает, что Василий III «имел перед крепостью до двух тысяч пищалей, больших и малых, чего никогда еще ни один человек не слыхивал». Оценивая силу русской артиллерии XVI в., следует иметь в виду, что она пополнялась трофейными орудиями.
На рубеже XV-XVI вв. резко улучшилась техника изготовления орудий и железных ядер. «Успехи литейного дела приводят к исчезновению швов. Пушки научились отливать в цельной форме. Тогда же дула стали делать с раструбами», и все эти новшества, далеко еще не общепризнанные в странах Западной Европы, «с удивительной быстротой» проникли в Россию. Важным техническим новшеством явилось употребление при литье пушек и ядер калибровочно-измерительных циркулей - «кружал»; они впервые упомянуты в документе 1555 г., но применялись, вероятно, и раньше. С помощью кружал проверяли диаметры стволов и ядер, предназначенных для того или иного вида пушки с тем, чтобы зазор между ядром и каналом ствола обеспечивал скорость заряжания и надлежащую силу выстрела. C этой же целью для обмотки ядер использовали холст, картон и лен, а готовые ядра помещали в специальные «коробы» - первый вид зарядных ящиков.
Выдающимся достижением русских пушечных мастеров XVI в. явилось изготовление тяжелых орудий весом в несколько тысяч килограммов. Такие «великие пушки» обстреливали в 1552 г. стены Казани ядрами диаметром «в колено человеку и в пояс». Наименьшие из них имели стволы длиною «по полторы сажени».
Это были «стенобитные» пушки», каждой из них присваивалось особое название. Одной из таких «великих пушек» была «Царь-пушка», сделанная в 1586 г. : вес ее 40 т, диаметр канала ствола 89 см. На ее стволе изображен сидящий на коне царь Федор Иванович, на правой стороне надпись: «Повелением... царя и великого князя... Федора Ивановича самодержца всея Великие России...», на левой - «слита бысть сия пушка в преименитом и царствующем граде Москве лета 7094.... Делал пушку пушечный литец Андрей Чохов».
«Великие пушки» действовали не только под Казанью, но и при взятии Полоцка, удивляя своими размерами опытных и осведомлённых о состоянии артиллерии других странах офицеров и артиллеристов противника.
Русская крепостная артиллерия поражала неприятеля не только своей численностью, мощью огня, но и дальнострельностью. Довольно широко применялись в XVI в. «скорострельные пушки».
Затинные пищали послужили прообразом ружей с фитильным запалом, которые не случайно назывались сначала «ручницами» или «рушницами», то есть пищалями, приспособленными для стрельбы с рук, а позднее «самопалами», имевшими уже замковые устройства. Поскольку стволы первоначальных «рушниц» были кованными, изготовление их было доступно любому достаточно опытному кузнецу. Этим объясняется широкое распространение ручных пищалей в XVI в. Ручными пищалями, как известно, были вооружены все стрельцы и большая часть пеших городовых казаков. Таким образом, ручное огнестрельное вооружение стало непременной принадлежностью русской пехоты XVI в. Но оно в довольно широких масштабах проникло также в конницу. Утверждения о том, что русская конница XVI в. имела будто бы «исключительно холодное оружие», что «все достижения в личном вооружении воинов, в особенности введение огнестрельного оружия, шло мимо неё», что таким оружием она стала пользоваться лишь «с начала XVII столетия», не соответствуют действительности.
Первые образцы ружей представляли собой железный ствол с деревянной ложей и широким прикладом, иногда дуло ружья имело раструб. Одна из самых древних «рушниц» имела медный ствол с затравочным отверстием в верхней части казны в виде раковины, которая закрывалась овальной крышкой на шарнире. Она ещё имела «гак», а на казённой части муфту, с помощью которой ствол насаживался на древко. Ружья с затравкой на верхней части ствола заменили затем ручные пищали, у которых отверстие для воспламенения пороха делалось на боковой стороне ствола, а под ним приваривалась полка для затравочного пороха, что было гораздо удобнее и безопаснее для стрелка. Порох воспламеняли сначала раскалённым железным прутом, а затем с помощью фитиля, пропитанного селитрой и медленно тлевшего. Тлеющий фитиль затем начали скрывать от противника и от сырости в специальных «фитильных трубках», изготовляемых из жести или железа. Порох для заряда и затравки - в костяных или деревянных «порошницах».
Усовершенствованным видом ружья ,или «мушкета»,стала ручная пищаль, самопал, с фитильным замком и спуском «жагрой». Круглый кованный ствол этого ружья прикрепляли к цевью ложи хвостовым шурупом и шпильками, на казённой части справа приваривали полку с крышкой для затравочного пороха. На ложе устраивали простой замок, курок которого с тлеющим фитилём опускался при нажатии на находящуюся под прикладом длинную Г-образную скобу - «жагру». Такое ружье имело деревянный шомпол, вложенный в прорезь цевья. Наконец, в XVI в. в России появились ружья (мушкеты, карабины) с так называемым колесцовым замком предшественники ружей с ударно - кремневым замком. Русские мастера, используя опыт восточных и западных коллег, не копировали слепо образцы, а вносили в устройство фитильных замков важные новшества. Если в ружьях европейских стран курок с фитилем при производстве выстрела двигался от дула к казне, то в русском наоборот - от казны к дулу, что представляло большие удобства для стрелка.