永乐年间，明成祖创建由朝廷直接指挥的战略机动部队——神机营。于是，世界上第一支独立的以炮兵为主的新兵种正式登上历史舞台。神机营的创建，大大提高了明军的战斗力。该营曾多次随皇帝出征，为平定北疆立下赫赫战功。明军首创炮兵同步骑兵协同作战的新战术，朱像对此作了总结：布阵时“神机铳居前，马队居后”，“首以铳摧其锋，继以骑冲其尖”。

　　1419年，倭寇数千人进犯沿海，辽东总兵刘江率部抗击，首开以岸防火炮歼灭海上入侵之敌的先例，史称“望海大捷”。此战之后，“倭大惧，百余年间，海上无大侵犯”。

　　1449年8月，蒙古瓦刺贵族也先兴兵南侵。土木堡（今河北怀来县）一战，明军遭袭击，指挥无方，加之对各种火器未能熟练掌握，尚未发挥作用即全军溃败，明英宗被俘，12万瓦刺大军乘势进攻北京。消息传来，举国震惊，兵部尚书于谦奉命守卫北京。他严令诸将加固城防，在京城九门部署重型火炮，命神机营设伏于德胜门外。不日，敌军主力攻打德胜门，进入于谦设伏领域，神机营众炮齐发，城内守军乘势夹击，瓦刺军阵势大乱，主将也先之弟死于炮火之中。也先惧怕神机营火铳的神威，撤围逃遁，于谦挥军追击，大败敌军。于谦指挥的北京保卫战，是明代前期大规模使用火炮守城的著名战例。

　　明代中期以前，中国火炮在世界上处于领先地位。我国研制的轻型火炮较著名的主要有戚继光创制的一种小型将军炮。该炮因其形似虎蹲而得名。炮身长66厘米，重18公斤，自前至后有五六道大宽铁箍，口端备有大铁爪。铁绊，可用大铁钉将炮身固定在地面上，以便消减发射后产生的后坐力，克服了原有火炮在发射后因炮身后冲而自伤炮手的危险。此炮便于在山林水网地带机动，可控扼险隘，一发能射上百枚小弹丸或50枚较大的弹丸，散布面大，比乌铁更能有效地杀伤以密集队形进攻之敌，在抗倭作战中发挥了重要作用。戚继光在隆庆年间到蓟镇练兵时，又将此炮装备骑兵使用，成为一种较好的骑兵炮。

　　据出土实物和兵书记载，明代中期的大型火炮很多，主要由神机营所用的小型神机炮演变而来，它们的发展特点在于使用了炮车，提高了机动性，增强了摧毁威力，其中最著名的是大将军炮。该炮口径达100毫米以上，全长正．4米。自炮口至炮尾共有九道宽箍，药室呈算盘珠形，室壁开有火门。据《登坛必究》记载，大将军炮在发射后，有迅雷不及掩耳之势。该书还说大将军炮有大中小三种规格，分别发射7斤、3斤和1斤重的铅弹。若在战场上安置千架，人人能放，则可所向无敌。最初以为大将军炮太重，难以机动，后来用车载运，便能登高涉远，山地平原皆宜，见者莫不胆寒。

　　明朝中期火炮研制的一个重要特点就是发明了车载炮。这实际上就是一种车炮合一的重型火炮。

　　车载炮有许多优点。首先是便于机动，炮手既可推拉炮车，又可临敌发射。其次是提高了火炮的参战速度，赢得了战机。其三是兼有挡敌和击敌之用。炮车既具有一般战车阻挡北方缥悍骑兵快速冲击的作用，又可建立军营，使用火器和叠阵，击杀敌骑。

　　明火炮虽然在杀伤威力上有了很大的提高，但它有一大缺点，那就是没有瞄准具，在发射速度、机动性等方面也不尽人意。永乐年间定型装备的火炮，到100年后的嘉靖时期仍没有新的突破。这主要是由于高度集中的封建专制扼杀了火炮的创新和发展。明廷严密控制火器的制造和使用，严禁地方和个人研制。而此时欧洲的火炮技术却有了飞跃性的进步。欧洲人经过对中国的火药、火器技术的了解、仿制和改进，到了15世纪后期，终于赶上和超过了中国“老师”。