Улучшить баллистические качества оружия позволило изобретение бездымного пороха. Бездымный порох, по сравнению с прежними дымными селитро-угольными порохами, позволял иметь иной режим горения, получить повышение средней величины давления пороховых газов при понижении максимальной его величины и тем самым безопасно увеличить начальную скорость пули. Отсутствие твёрдых продуктов горения пороха облегчало обращение с оружием, его чистку и позволило уменьшить калибр винтовки, что улучшало её баллистические качества. Наконец, при этом уменьшался вес патрона, а следовательно, увеличивалось количество патронов, носимое одним стрелком, что ещё более усиливало мощь огня пехоты. Появление на вооружении винтовки с патроном, снаряжённым бездымным порохом, уменьшенного калибра (французская винтовка Лебеля 1886 г.) вследствие её явных преимуществ заставило армии всех стран спешно разрабатывать и брать на вооружение подобное оружие.
К этому периоду и относится творческая работа Мосина. Первой задачей, которую он ставил перед собой, было увеличение скорострельности винтовки путём переделки однозарядной винтовки на магазинную. Для этого он сконструировал оригинальный магазин, расположенный в прикладе (1882 г.).
В 1883 г. для испытания новых образцов многозарядных ружей была создана специальная комиссия, в состав которой входил и С. И. Мосин. Предложенная им винтовка неоднократно испытывалась комиссией наряду с многочисленными образцами, предающимися иностранными фирмами, и рядом образцов отечественного происхождения (Квашневского, Игнатовича, Вельтищева, Лутковского и других). В 1885 г. комиссия признала винтовку Мосина заслуживающей предпочтительного внимания, указав на необходимость доработки некоторых деталей, и сделала заказ на изготовление 1000 винтовок системы Мосина Тульскому оружейному заводу для производства широких испытаний. Работы Мосина привлекли внимание иностранных оружейных фирм. Французская фирма «Ricter» в 1895 г. пыталась приобрести право на использование устройства магазина, предложив изобретателю 600 000 франков. Патриот своего Отечества, С. И. Мосин ответил категорическим отказом.
В 1886 г. во Франции было принято решение о перевооружении армии новой винтовкой системы Лебеля восьмимиллиметрового калибра, с применением нового вида патронов с зарядом бездымного пороха. Одновременно во всех странах началось перевооружение новыми образцами винтовок, обладающими более совершенными баллистическими качествами. Винтовка нового типа была принята на вооружение в 1888 г. в Германии и Японии, в 1889 г. — в Англии, Австро-Венгрии, Швейцарии, Дании и т. д.
В России вопрос об уменьшении калибра был поставлен ещё в 1883 г. В 1885 г. полковник Роговцев спроектировал первую русскую малокалиберную винтовку, но особенно интенсивная работа в этом направлении началась с 1887 г., когда сделались известными несомненные положительные качества новой французской винтовки.
В России Военное министерство в течение продолжительного периода не могло остановить свой выбор на определённом образце, хотя и производило многочисленные испытания. Из-за этой медлительности Мосину представилась возможность подробно изучить новое оружие, учесть его достоинства и недостатки. Мосин воспользовался этим при разработке своей конструкции. В частности, в России испытывалась ещё в 1886—1887 гг. винтовка швейцарского конструктора полковника Шмидта. Однако швейцарское правительство, принявшее нё вооружение эту винтовку в 1889 г., запретило Шмидту передавать свою работу за границу. Одной из причин медлительности в перевооружении был известный скептицизм высших военных кругов по отношению к магазинной винтовке. Испытания в 1880-х годах более 100 образцов магазинных винтовок выявили те или иные дефекты в смысле надёжности работы механизмов.
Между тем от военного оружия требуется безукоризненность и надёжность, так как отказ оружия в критическую минуту убивает доверие бойца к своему оружию. Военный министр того времени генерал Ванновский считал ненужным введение магазинной винтовки: «Запад нам не указ; мы и с однозарядными сильнее. Солдат мы учим: стреляй редко, да метко». В своих рассуждениях Ванновский исходил из того, то магазинные винтовки того времени давали сравнительно небольшое повышение скорострельности, а усложнение механизма винтовки снижало её надёжность; главное же — он боялся излтшнего расхода боеприпасов. Поэтому вплоть до 1890 г. Военное инистерство делало заказы на однозарядную винтовку, откладывая переход на магазинную. По этой причине Мосин до 1890 г. работал над однозарядной винтовкой уменьшенного калибра. Окончательно образец новой (однозарядной) винтовки был отработан к январю 1890 г.; калибр винтовки был снижен до трёх линий (7,62 мм), в винтовке был применён вновь отработанный патрон.