1925年杨宇霆升任督办。又派德藉技师赴德采购大量机器，于冬季运到，开始安装。枪，炮，钢及机器等厂，亦相继增筑，添购机器，所具规模加倍于前。并设立兵工小学及兵工学校。
1926年至1928年，完全为扩充时期，增建枪厂及轻机枪厂。有机器8千余部，枪，炮两厂，为初建时之7至8倍，扩建完成，为当时全国规模最大之兵工厂。
1928年国民革命军沿着京浦，京绥北伐，北洋政府的陆军大元帅和安国军总司令张作霖，内政，外交都陷于绝境。在多方考虑之后， 张作霖通电休战，决定退出关外。6月4日清晨5时23分，日本关东军安排了皇姑屯事件。炸毁张作霖北返的火车，张身受重伤，回到沈阳，于早上9时死亡。
张学良换装潜回东北，接任东三省总司令，到了12月29日宣布易帜，时年27岁。实质上，中央的力量不及于东北，东三省只是名义上并入国民政府。
张学良的英国顾问端纳，曾向他出示由平奉路局公款付给捷克军火商的单据，常荫槐假借他的名义向捷克订购了三万支步枪。杨宇霆承认是买给黑龙江山林警备队用的，理由是比东三省兵工厂出产的好。
大约此时开始量产17式65轻机枪，13式79重机枪。 均系仿造自日式机枪。
1928年厂内成立科学研究会，各厂厂长、技师、技士均为当然委员，每星期集会一两次。由药厂厂长洪中为会长，集中研究兵工科学技术。原枪管钢均为进口，经铸造厂几十次反复试炼，终于制出在质量与化学物理性质上与舶来品相当的锰硅合金钢材。由此，东三省兵工厂的枪管钢就由其铸造厂自行供应。燃料煤原用东北千金寨出产的煤块，质量良好，火力亦强。但该煤矿为日人所控制，改用西安八大壕煤矿产品代替。生铁原用本溪煤铁公司所生产者，后来改用大冶铁矿。自制高级钢材的范围，后来扩大到炮身钢。硝石，硫磺等原料由智利等转为使用河北、山西等各省提炼的产品。
1929年1月10日杨宇霆与常荫槐为张学良所杀，远因是二人恃功而骄，过于跋扈，近因是杨拒绝交出兵工厂收支和年终报告。兵工厂督办为臧式毅接任。臧曾任保安司令，辽宁省省长等职，满州国成立后，出任奉天省省长、民政部总长、参议府议长等职。
1929年时，兵工署资料称为辽宁兵工厂，日出13式79步枪130枝，枪弹41万发，全年出17式轻机枪300梃，13式重机枪50梃。工人17,000名。并说该厂连年扩充，至今建设尚未告终。
中原大战于1930年4月到9月进行，在大战期间处于举足轻重地位的张学良，当局势日趋明朗时，于9月18日通电拥蒋，派兵入关。10月15日阎锡山，冯玉祥宣布下野。
