В ноябре 1864 года решением Императора Александра II начальником завода был назначен офицер (капитан-лейтенант) А. А. Колокольцов. К началу 1870-х годов Обуховский сталелитейный завод вышел на мировой уровень производства орудий. Колокольцов привлёк к сотрудничеству знаменитого учёного-металлурга Д. К. Чернова, для чего была создана соответствующая производственная и лабораторная база. Впервые в России на заводе начали работать конверторы и мартеновские печи. С 1884 года завод становится ведущим заводом России по производству торпед. В 1895 году инженер А. А. Ржешотарский создал на предприятии первую в Российской империи металлографическую лабораторию. В 1886 году завод куплен казной. В техническом отношении Обуховский завод принадлежал к числу наиболее передовых предприятий. На заводе производились 20 сортов стали, броня для кораблей, артиллерийские башенные установки, пушки разных калибров, снаряды, мины, стальное, медное и чугунное литьё, пароходные коленчатые валы, хирургические и чертёжные инструменты, стальные ружейные стволы и магазинные коробки для винтовок, налажено производство колёс, шин и осей для подвижного состава железных дорог России и др. В 1886 году на Обуховском заводе был принят заказ для изготовления двух двигателей для самолёта А. Ф. Можайского. С начала 1890-х на заводе началось производство артиллерийских снарядов и броневых листов для броненосцев