真正现代意义的自动武器，出现在金属定装弹发明以后：
1．手动机枪的顶峰——加特林机枪
19世纪中叶，出现了多种手动机枪，如比利时人伐商研制的“米特哈叶斯”手动机枪、瑞典人帕姆克朗兹等研制的“诺登费尔德”手动机枪等。美国人加特林于1862年在吸取当时各种机枪之长的基础上，研制出的“加特林”手动机枪，则成为各种手动机枪的巅峰之作，其基本结构和原理至今仍在很多机载、车载机枪上应用。第一批正式型号的加特林机枪有6管和10管两种，内刻膛线，口径分别为25.4毫米和12.7毫米，各枪管在枪架上围绕一个中心轴，靠手摇旋转逐次完成供弹、进膛、击发和抛壳动作，弹匣是由马口铁制成的长方形盒子，垂直插于机枪上方，靠重力供弹。整枪装在木制野战枪架上，可进行高低和方向瞄准。美军装备了加特林机枪后，立即使用于南北战争中。后经多处改进，于1873年进行靶场试验考核，认定加特林机枪“是一种可怕的、可靠的、可以产生巨大杀伤效果的武器”。
2．现代自动武器的先河——马克沁机枪
1884年，英籍美国人马克沁发明了马克沁机枪，开创了现代自动武器发展史上的新纪元。该枪采用枪管短后坐自动方式：发射瞬间，枪机和枪管扣合，共同后坐19毫米；枪管后坐停止，通过肘节机构开锁；枪机继续后坐，通过加速机构使枪管的部分能力传递给枪机，使其更可靠地完成抽壳、抛壳、带动供弹机构，并使击发机待击、压缩复进簧、撞击缓冲器，在弹簧力作用下复进，推次发弹入膛、闭锁，再次击发。如此动作，每秒循环往复10次。理论射速600发/分，枪身重27.2千克，后来被称为重机枪。其发明者海勒姆·史蒂文斯·马克沁，大胆抛弃当时惯用的手动、多管机枪模式，首创了利用火药燃气能量完成枪炮自动动作的枪管后坐式、导气式和枪机后坐式三个基本原理，可称为现代枪炮自动原理的鼻祖。
3．其他早期机枪：受马克沁机枪的启发，19世纪末、20世纪初出现了多种性能优秀的机枪。其中较有名的，有由美国人哈奇开斯在法国开发的导气式“哈奇开斯”机枪，1901年由意大利人吉瑟比·佩利诺研制成功的具有水冷和气冷两种方式的“佩利诺”机枪，由美国著名枪械师勃朗宁在第一次世界大战后期设计的勃朗宁机枪等。其中哈奇开斯机枪曾作为主战武器参加日俄战争和第一次世界大战，并取得突出战绩；勃朗宁机枪后来几经改进，装备美军时间长达半个世纪，获得“长寿枪”的美誉；而佩利诺机枪却因意大利人可笑的保密心理而被埋没：1901年该枪研制成功后，经意大利军方秘密试验，认为该枪的确十分出色，其一些性能甚至超出当时正在走红的马克沁机枪。于是决定严格保密，把它当作“只有在特殊时候才使用的法宝”，为保守秘密，还下令不准生产。其结果是断送了这支优秀的机枪，使其埋没于意大利人可笑的保密措施中。