1927年，以蔣介石為首的國民黨勢力另立國民黨中央和國民政府。1927年7月15日，武漢國民政府與南京國民政府合並。1929年，張學良在東北易幟，國民政府形式上統一了中國。蔣介石在打擊地方軍閥時，緊緊控製軍權，極力加強軍事裝備實力，在軍部下設立兵工署，統管兵器生產，對兵器工業的管理開始由分散走向集中，進入統一規劃和有計劃的發展時期。國民政府時期的兵器工業，經曆了抗日戰爭前、抗日戰爭以及抗戰勝利後兩個階段。
抗日戰爭前（1928～1937.7）的兵器工業
國民政府成立初期麵臨政治、經濟、軍事上的重重困難，國民黨內部的派係鬥爭和地方勢力之間的混戰，對國民政府構成了威脅，日本帝國主義1931年侵占東北，建立偽“滿洲國”；1932年進攻上海；1935年“華北事變”，全國民眾要求團結抗日的呼聲不斷高漲；中國共產黨領導的革命根據地和工農紅軍的發展，又直接震撼著蔣介石的統治。在這種形勢下，蔣介石特別注重軍事力量的發展，並以此為出發點，規劃兵器工業生產。成立兵工署對全國兵工單位實行直接領導，明確規定全國兵工廠的生產、建設、產品設計、武器製式等均由兵工署負責辦理，地方政府不得幹預。隨後對兵工廠進行了整頓與建設，並規定了槍炮的製式，對中國第一次實現槍炮製式化做了一次積極嚐試。
1932年6月，兵工署召集製式兵器會議，通過會議討論，提出槍械和火炮的製式方案。但因種種原因，未予接受。1933年9月，蔣介石電令，從速切實討論各種槍械製式。1934年12月，軍事委員會召集兵器製式戰術、技術討論會。會議認為，中國的兵器基本上是仿製外國的，所以兵器製式必須在製造和使用中逐步認定。
步槍：1934年初，鞏縣兵工廠在從德國引進生產的1898年三式毛瑟槍的基礎上進行試製，1935年正式投入生產，定名為24年式步槍，並定為製式，後改名為中正式步槍。
機槍：1934年金陵兵工廠開始仿造德國MG-08/15式馬克沁重機槍，並有所改進，1935年仿造成功，定名24年式馬克沁重機槍，並定為製式。大沽造船所、重慶武器修理所、廣東兵器製造廠、廣西第一機械廠和鞏縣兵工廠先後仿造捷克式7.9mm輕機槍，該槍閉鎖可靠性好，更換槍管簡便，結構牢固，被定為製式武器。
抗日戰爭時期及抗戰勝利後的兵器工業
1937年7月7日，日本帝國主義製造了“盧溝橋事變”，發動侵華戰爭，從此爆發了中國人民的全麵抗戰，兵工生產進入了一個新的發展時期。
抗日戰爭全麵爆發後，兵工署製定了兵工廠搬遷計劃。經過對兵工廠的內遷、新建和調整，抗日戰爭時期形成了以重慶為中心的川、滇、黔、湘、陝大後方兵器工業生產基地。