Выбор места работы Мосиным оказался весьма удачным. Тульский оружейный завод – старейший в России – только в 1873 году был полностью реконструирован и оснащён новейшим оборудованием для массового производства принятой тогда на вооружение русской армии винтовки Бердана. Хорошая техническая база и замечательные производственные традиции завода, где оружие выделывалось веками и имелись прекрасные квалифицированные кадры, благоприятствовали изобретательской деятельности Мосина. К тому же решение ряда технических задач на вновь реорганизованном предприятии требовало проявления инициативы со стороны молодого офицера.
Мосин окончил академию по первому разряду в июле 1875 года в чине штабс-капитана и 20 августа того же года получил назначение на должность помощника начальника инструментальной мастерской Тульского оружейного завода с зачислением по полевой конной артиллерии. На 20 лет связал Мосин свою жизнь с Тульским оружейным заводом и за эти годы сроднился с ним.
Между Мосиным и другими офицерами, служившими на заводе, не завязались близкие приятельские отношения. Мосин, пролагавший себе дорогу упорным трудом, не разделял кастовых предрассудков царской офицерской среды. Это облегчало ему общение с мастерами и рабочими, помогло привлечь их к осуществлению своих замыслов и планов.
20 ноября 1876 года штабс-капитан Мосин был назначен начальником инструментальной мастерской. Он в совершенстве изучил изготовление инструмента и лекал, а также познакомился с технологическим процессом производства винтовки Бердана. Это имело большое значение для дальнейшей самостоятельной конструкторской деятельности Мосина. Он получил возможность при разработке своей винтовки проявить себя не только замечательным конструктором, но и опытным технологом. Мосин дальновидно предусмотрел все условия будущей организации производства винтовки. На замечательных производственных традициях старейшего русского оружейного завода окончательно созрел выдающийся конструкторский талант Сергея Ивановича Мосина.
Первым опытом самостоятельной работы Мосина была разработка технологии охотничьих ружей, явившаяся некоторой подготовкой к будущей изобретательской деятельности.
К 80-м годам Мосин в чине капитана был уже известен как большой знаток оружейного дела. По распоряжению главного артиллерийского управления в 1881-1882 году он был назначен членом «комиссии для осмотра механических средств и зданий» Сестрорецкого и Ижевского заводов. Это дало Мосину возможность ещё ближе познакомиться с организацией производства на этих заводах и состоянием русского оружейного дела. Имея хорошую теоретическую подготовку и большой производственный опыт, Мосин живо интересовался своей специальностью. Он был в курсе всех вопросов, которые тогда волновали специалистов-оружейников.
