Серьёзным достижением Дмитрия Милютина стала система военного образования. Он ликвидировал закрытые военные учебные заведения – кадетские корпуса. Вместо них учреждались военные гимназии с хорошо продуманной учебной программой; окончив их, можно было поступать в самые различные учебные заведения. Те, кто желал продолжить военное образование, поступали в юнкерские училища – пехотные, кавалерийские, военно-инженерные, артиллерийские. В военные и юнкерские училища принимались представители всех сословий. Высшее военное образование давали академии – Генерального штаба, артиллерийские и прочие.

Важной составляющей военных реформ стало перевооружение армии и флота. На флоте, которым управлял энергичный и умный брат царя великий князь Константин Николаевич, перевооружение началось ещё в годы Крымской войны. Место парусных деревянных кораблей заняли броненосцы и другие паровые металлические суда.

Сухопутные войска получили скорострельные винтовки и новую артиллерию.

Военный министр Д. А. Милютин

Так, в русской армии в 1856 году был разработан новый вид пехотного вооружения: 6-линейная (15,24-мм), заряжающаяся с дула, капсюльная винтовка. В 1862 году ею были вооружены более 260 тысяч солдат. Значительная часть винтовок выпускалась в Германии и Бельгии. К началу 1865 года вся пехота была перевооружена винтовками образца 1856 года. Но работы по совершенствованию винтовок продолжались. И в 1868 году на вооружение была принята 10,75-мм винтовка Бердана, а в 1870 – её модифицированная версия №2. При этом пехотная винтовка имела длину около 53 дюймов (1 дюйм равен 25,4 мм или 2,54 см), со штыком 73 дюйма; драгунская винтовка (для вооружения регулярной кавалерии) отличалась от пехотной главным образом длиною и весом, длина её около 48,5 дюйма, со штыком 68,2 дюйма; казачья винтовка – штыка не имела, длина её 48 дюймов, а вес 8,2 фунта (русский фунт = 0,40951241 кг). В итоге, к началу Русско-турецкой войны 1877—1878 годов вся русская армия была вооружена новейшим казнозарядным нарезным оружием уменьшенного калибра. Первая партия винтовок Бердана была заказана в Англии, на оружейной фабрике в Бирмингеме. Однако вскоре стало очевидно, что вооружить армию такой страны как Россия только за счёт поставок из-за рубежа невозможно, необходимо было налаживать отечественное производство и модернизировать практически всю оружейную промышленность страны.

Винтовка системы Бердана №2 образца 1870 года

К осени 1872 года закончилась модернизация Тульского оружейного завода, полным ходом шли работы на Ижевском и Сестрорецком заводах. Так как своя машиностроительная отрасль в России находилась тогда в зачаточном состоянии, станки, инструменты, оборудование – всё приходилось закупать за границей. Немалую роль в производстве винтовок сыграли английские техники. Чтобы удовлетворить потребности армии в патронах, в 1869 году в Петербурге был построен и оборудован по последнему слову техники патронный завод, «отцом» которого явился Иван Алексеевич Вышнеградский, выдающийся человек, блестящий математик и знаток машиностроения. Благодаря всем этим усилиям и переменам русская армия постепенно начала вооружаться современным оружием.

Введение нарезных, заряжающихся с дула орудий было начато в 1860 году. На вооружение полевой артиллерии были приняты 4-фунтовые нарезные пушки Маиевского калибром 3,42 дюйма, превосходящие ранее выпускаемые как по дальности стрельбы, так и по точности. В 1866 году было утверждено вооружение для полевой артиллерии, по которому все батареи пешей и конной артиллерии должны иметь нарезные, заряжающиеся с казённой части орудия.