洪武二十一年（1388年），当时明朝的麓川平缅军民宣慰司宣慰使思伦法叛变，以号称一万大军，驱赶三十头巨象，与明军交战。为应对这些巨象，明军拿出了火铳和神机箭。大象一出动，铳箭俱发，叛军终于在持续不断的火力攻击下，全线崩溃。
正因如此，在稍后的靖难之役中，南方军队在使用火器上，显然比北军更有心得。建文二年（1400年）四月的白沟河之战，南方军郭英的部队，就在北军撤退的必经之路上埋设一种名为“石炸砲”的神秘武器，人马踩到基本都会被炸碎，令北军损失惨重，甚至说朱棣身边最后只剩下三个骑兵护卫。《明史纪事本末》说：“（南军）藏火器地中，人马遇之，辄烂。战既解，燕王从三骑殿后，迷失道，下马伏地，视河流，辨东西，始知营，自上流仓猝渡河而北。”
这里的火器，便是用石制外壳，靠里面的火药爆炸石壳杀敌的“石炸砲”，也就是早期的地雷。起初用火线来引火——看到敌人来了，估摸一下抵达的大概时间，然后提前点燃引线，以待敌人到达时间爆炸。当然这样的地雷太过原始，所以后来将石制外壳升级为铁质，并改进了引火装置，譬如用钢轮发火，只要踩到，里面的火石就会和钢轮摩擦生火，点燃引线，能精准爆炸——这样的地雷已经基本接近后来的模样了。
随后，明朝的军火专家还设计出一种“子母雷”，即在一根引线上，拴两个或更多的雷。只要其中一个被敌人踩到，就会触发连锁爆炸，造成对方的大批量伤亡。不光是地雷，连可以拿在手里扔的手雷也被明军研制了出来。有一种蒺藜陶弹，外壳就像多刺的蒺藜，一旦爆炸，这些刺就会扎向敌军，增强杀伤力。更厉害的则是“万人敌”，体型更大，特点是有很多孔。“万人敌”常用于城池的防御，一旦敌军靠近城墙底下，城上的守军就会点燃“万人敌”扔下，在敌军丛中四处转动，不说能炸死几个，起码会造成很大的混乱。
到明朝末年，还出现了一种海战使用的投掷手雷，据说郑成功大举将此种武器运用于抗击清军及收复台湾的海战中，因此被称为“国姓瓶”或“国姓爷陶弹”。这种手雷为陶制，呈长圆柱形，外壁有明显的旋胚痕，适于手握与投掷，瓶内装火药、铁砂，小口处放引线，点燃后掷向敌军，据说杀伤力极大，为郑成功的胜利立功不小。
除了“石炸砲”，另一种让朱棣大吃苦头的武器是火铳。1400年12月，朱棣的部队推进到今山东聊城——当时的东昌府，建文帝任命的平燕将军盛庸，在此摆下大量火铳兵和弩兵。朱棣亲自带领骑兵冲锋，盛庸故意散开军阵将其引入，然后火铳乱发，北军死伤惨重，大将张玉阵亡于此，朱棣侥幸逃走。1401年3月，朱棣再次南下，推进到今河北省衡水市武邑县附近，盛庸依旧以火枪强弩相对，朱棣曾带轻骑兵掠阵，盛庸却碍于建文帝严禁伤害燕王之旨，不敢开枪。但在此后的混战中，盛庸又杀死北军另一员大将谭渊，朱棣的帅旗被射得像刺猬一样——后来朱棣将这面军旗送回北平，令世子朱高炽妥善保存，留做警示。
而这一场战役的胜负，最后也取决于火器，那便是作为信号的炮声。当时南军因为缺粮，打算突围，定下以三声炮响为号令。没想到这一日北军前来进攻，号令也是三声炮响，结果炮声一响，北军向前冲刺，南军却全面撤退，最终变成溃逃。这一溃逃，便决定了整场南北战争的胜负。
朱棣，正是鉴于靖难之战中的如此遭遇，加上他原本在北方抵御蒙古人的若干心得，所以在当上皇帝之后，对火枪兵这个兵种极为重视。1412年，正是明成祖朱棣，下令在北方的开平、宣府、大同等处隘口，安装炮架，加设火铳。而在此前的1407年，朱棣更是建立了中国第一支火枪队，即所谓神机营。
当然，神机营的设立，还与朱棣南征交趾的经历有关。当时的东南亚，如安南，已经初步运用火器，在安南陈朝和占婆的战争中，陈军就是利用火器进攻占婆王的船，将其当场击毙，获得胜利——按《大越史记全书》本纪卷之八《陈顺宗》记载：“时蓬莪与元耀领战船百余艘来观官军形势。众船未会，蓬莪小臣波漏稽为蓬莪所责，惧诛，来奔军营，指绿漆船告曰：此国王船也。渴真令火铳齐发，着蓬莪贯于船板而死。”越南人把这一仗比作刘邦打败项羽，所以此后他们更加重视火器研究，编制出一套所谓“神机枪炮法”。
这里有一个让人费解的问题。明朝打败越南人后，得到了交趾的神机枪炮法，朱棣大为称奇，设置了神机营专门练习这门技术，还特别把越南胡朝的左相国胡元澄任命为“督造兵使局铳箭、火药”，胡大人也就凭着在火枪上的特殊造诣，立下大功，最后升官当上了明朝的工部尚书。由此可见，越南人的火枪制造技术在这个时候已经胜于中原，那么越南人的火枪技术，又是从何而来的？这个时候是15世纪初，而第一个西方人达·伽马到达印度，是在1498年。越南人显然不可能提前从达·伽马手里得到火枪。有一个解释，就是越南人的火器技术其实来自中原，只不过青出于蓝而胜于蓝了；另一个解释，则是西方的火枪技术已经通过某种途径传播到此。因为欧洲最早的关于手持枪炮的记载是1364年。
有一点是可以确认的，那就是越南人耍火枪确实有一套。明宣德年间，黎利打败并杀害明军主将柳昇等三万人，依靠的也是火器，甚至到了清朝也是如此。清乾隆年间，清缅战争中的缅军就以枪炮火力极猛著称，曾一枪打死清军总兵德福，而且不单陆战如此，在水上也曾以火炮轰击清兵水师，清缅战争的结果很难说是清朝获胜，客观上讲应该是打个平手。
再讲一讲明朝的神机营。神机营的主要装备是火铳，后来才引进火绳枪，可以说是明朝的独立枪炮部队。就当时大部分军队还是以大刀长枪为主要武器而言，这支军队确实很另类，而西欧出现比较成气候的火枪部队则要推到1510年的西班牙火枪兵，单从这一点来看，明朝的火器应用还是领先于世界的。
有了这些遭遇，朱棣对火铳的重视达到了前人所不能及的程度。在他统治中国的那些年，火铳制造业得到了极大的发展。火器研制者根据当时的需要和可能，把研究的重点放在火铳结构改进、质量提高、性能改良等方面，从而使火铳制造技术得到长足的进步，成为明军的制式装备。明军火铳前膛，药室壁加厚，火门盖和装药匙也陆续出现，后者虽然看似简单，却给火药的配量提供了一个较为科学的标准，不再是随意多少都可以。还有用来压实火药的“木马子”，更增强了火铳的爆发力，扩大了射程。
如今我们仍能在许多文献中看到朱棣对枪炮技术的关注，譬如在永乐十一年（1413年），朱棣晓谕安远侯柳昇的一份文件便说：“神机炮兵之利器攻战所不阙者，必操习精熟，然后临机得用，尔提督不可不严。”可以想象，如果明朝历任皇帝都能如朱棣一样重视枪炮建设，关外的建州人又如何能得逞？
据始纂于1497年的《大明会典》介绍，神机营有五个军的编制，分别为中军、左掖、右掖、左哨、右哨。至于营官提督级别的指挥官人员，都由兵部奏请朝廷，在公、侯、伯、都督、都指挥内挑选，或由内臣兼任。此外还有专门管理枪炮火器的官员，管理内容有单眼铳、手把铳、盏口炮、碗口炮、将军炮、神机箭等。所以，对朱棣在这一领域的独到成就，明朝后期的军火专家温州人赵士桢如此评价：“成祖（朱棣）建置神机诸营，专习枪炮……是以武功超迈前王。”
那么，神机营究竟是如何作战的呢？
我们以神机营最小的编组单位“队”为讲述对象。首先要说的是，一队之中，并不是人人都有一支枪。《明英宗睿皇帝实录》的相关记载是：“每队五十七人，队长副各一人，旗军五十五人，内旗枪三人，牌五人，长刀十人，药桶四人，神机枪三十三人。”这里的旗军、枪、牌、长刀自然还是冷兵器，战斗时，盾牌手在队列最前方，长刀分列两翼，起到一个掩护的作用。药桶则负责携带火药，正副队长是当官的，只有剩下的三十三人，才是真正的火枪手，分成三排，每排有十一人。实战之际，最后一排人负责装填火药，中间十一人则负责传递火铳，最前方的十一人则负责射击。而射击亦有规则，先一、三、五、七、九、十一开火，继而二、四、六、八、十，这样的规则显然是为了保证敌人视线中火枪射击的连绵不断感，即所谓“如此则枪不绝声，对无坚阵”之轮番射击战术。明军也颇为注重骑兵与火铳、炮兵的兵种搭配战术，有“神机铳居前，马队居后”的配置。日常训练则颇为注重火铳兵的射击演练，如射靶练习，分为九级，九发全中即为上上。
明初的这支神机营特种部队，在此后的战争中，确实发挥了独特的作用。具体而言是从永乐八年（1410年）起，神机营便开始出现在战场之上。朱棣用兵漠北时，安远伯柳昇“将神机火器为先锋”，大败北元太师阿鲁台。
可喜的是，随着神机营的成功，明朝政府也意识到这种武器的先进性，开始逐步提高各地卫所驻军装备火器的比例——明军火枪装备普遍化。1412年，朱棣下令沿边“自开平（今内蒙古多伦境内）至怀来、宣府（今河北宣化）、万全、兴和山顶，皆置五炮架，有警即发”。后来又下令山西大同、朔州等地驻军，增配神机枪炮。到正统年间，工部又给边防各地增造火铳，其中“辽东（今辽宁大部）五百三十五，延绥等处八百三十，永宁二十，宣府三百二十，宁夏一百，甘肃五百”。到1466年，明宪宗朱见深更采纳定襄伯郭登的建议，在五十五人的步队中，“用神枪手十、弓箭手十、牌刀手各五、药箭强弩手十、司神炮及舁火药者八，杂用者七”。按此文字，当时明军北方边军步队使用各类火器的士兵，已达到了编制总数的三分之一。
面对机动性较强的蒙古骑兵，明朝开始尝试新建固定式炮架，代替过去临时安置的炮架，这应该就是中国古代最早建筑的依城炮台。1423年，居庸关守将袁讷提出，沿居庸关的附近，新建八处烟墩，安置新式炮架，以为架设炮之用。要知道，以往的烟墩，只是在敌人入侵之际燃放报警烽烟，而现在，成了安置炮固定发射架的墩台，一旦有敌人骑兵逼近，便可发炮击敌。景泰年间，神机营前往边关驻扎的记录在史书中出现。武清侯石亨当时前往大同驻防，他请求给神机营增拨神铳五千支、大炮和盏口炮各五百门、信炮一百发，除神枪所用火药外，再领火药五千斤，并允许自造军器。而这些要求，全部获得朝廷的批准。