青铜兵器发展到春秋晚期战国早期，已经达到了炉火纯青的阶段。这时正是社会大动荡大变革时期，战争规模不断扩大，战争也由以车战为主，较为单纯的作战形式，转变为多兵种有机配伍混合作战的形式，后来又出现了机动灵活的骑兵。兵种的改变对兵器提出了新的要求，而青铜兵器由于其性能所限，再难适应需要。到了战国晚期以后，逐渐被性能更加优良的钢铁兵器所替代。
《左传》记载，鲁昭公元年，也就是公元前541年，晋国与北方部族无终和狄人在太原展开激战。主将魏舒看到地形险恶，战车运转困难，决定放弃战车，以徒兵对付狄人。但立刻遭到了一名宠臣的反对，魏舒将他斩首示众。把车兵按步兵伍、两编制，先示弱诱敌，随继以迅雷不及掩耳之势，指挥徒兵包围了敌人，一举大获全胜。这是一次对陈旧思想观念的宣战，也是对传统作战方式的扬弃。但并没有改变以车战为主的作战方式，直到战国初期，驷马战车的轮毂仍然在中原大地上驰骋。
自晋“毁车以为行”250年之后，到了公元前307年，赵武灵王开始了中国古代军事史的一次重要改革——“变服骑射”（亦称胡服骑射）。赵国靠近楼烦、东胡、林胡等游牧部族，虽然修建了长城，但这些游牧民族还是时常纵骑跨马，劫掠滋扰边境。他们身穿窄袖衣服，行动便捷。而赵国穿的衣服长腰博袖，不利于耕战。武灵王与大臣商议，先仿照胡人改革服饰，再学习胡人骑马射箭之术，继而强兵富国。第二天早朝，赵武灵王率先垂范，穿起了窄袖短衣，随后下令在全国推广。两年之后，又组建一支训练有素战斗力极强的骑兵部队。实战中显示出了行动迅疾、机动灵活的优越性，先击败了中山国，又降服了楼烦、东胡、林胡。七年之后，西边的九原、云中，北边的雁门、代郡均陆续归入了赵国的版图。赵武灵王可以说是一位有远见卓识的诸侯。“变服骑射”之举促进了中国古代骑兵的诞生，也推动了军事装备的进一步改革。而冶铁技术的发明与钢铁兵器的普及为这一变革起了巨大的推动作用。
用冶炼技术制造的钢铁兵器始于西周晚期，但铁刃兵器的使用却在商代就出现了。1972年在河北省藁城台西商代遗址出土了铁刃铜钺。5年之后，北京平谷刘家河一座商代墓葬又出土了一件。但经过化验，它们都是陨铁，是将陨铁锻打成钺刃嵌铸入青铜钺身之后制成的。其数量极少，难以在战争中发挥作用。河南三门峡市西周虢国墓地，发现了目前所知年代最早的人工冶炼的铁制作的兵器，是一件铜茎玉柄铁短剑。但到春秋晚期，钢铁冶炼技术才有了进一步发展。春秋晚期人们发明了“块炼铁”法，就是把木炭加上铁矿石同烧，当温度达到800～1000℃时，就炼成了质地疏松的纯铁块，可用来锻打制作小型器物，如江苏六合程桥春秋晚期墓就出了用这方法锻制的小铁条。与此时间相近，还诞生了生铁冶炼技术和用块炼铁渗碳成钢的新工艺。1978年湖南长沙铁路车站春秋墓中出土一柄钢剑，长38.4厘米，剑格为青铜制作。检测结果，是用含碳量5%的中碳钢制作的，可能还经过热处理，金相组织均匀。当时冶铁技术尚处于滥觞时期，人们把钢铁制品视为珍宝，甚至不惜镶金嵌玉。1992年陕西宝鸡益门村的一座春秋墓中一次就出土了三柄金柄铁剑，其中一柄长35.2厘米。剑格与剑柄用黄金雕镂作蟠虺纹。剑格、剑首由蟠虺组成兽面。在兽目等空隙处镶嵌绿松石，两相辉映，异彩纷呈。剑身铁制，形如柳叶，剑中起脊。剑身制好后，嵌入金剑柄内，再用铆钉铆牢。
一直到了战国中期，冶铁技术逐渐普及和发展，冶炼出的铁日益多了起来，人们用来炼制铁工具、铁农具，也用来制造钢铁兵器以装备军队。据古代文献记载，楚国的铁兵器质量最高。《史记·范雎列传》记载，秦昭王在一次与范雎的谈话中，对楚国的铁剑和勇士既赞叹又惧怕。在考古发掘中，战国楚墓出土过不少的铁剑、铁戟和矛、镞等。铁剑一般长约80厘米，比普通的青铜剑要长，最长的一柄达140厘米，超过青铜剑一倍之多。楚国的铁戟形状非常独特，1957年湖南长沙出土一件铁戟，其戟援和胡形如一根长钩，戟锋如蛇头，援的弯折处向后斜伸出一长长的内，在援与内相交处又出一枚钉形矛刺，形状怪异。
燕国的钢铁兵器也很有名，不过是到了20世纪60年代，在河北易县燕下都发掘时才被人们认识的。燕下都是战国中晚期燕国的都城，以燕昭王时期（前311～前279）最为繁盛。城址内宫殿区、平民居住区、墓葬区，以及制陶、制骨、冶铁、兵器制造作坊分布井然。1965年在城东第5号地下版筑基址内发现了一座丛葬墓，墓内出土了剑、矛、戟、铁铤铜镞、匕首、小刀等一批铁制兵器，还有一顶铁兜鍪（胄），这些兵器与22名武士埋在一起，是他们的随葬品，也是他们生前作战时使用的实用器具。其中铁剑15柄，一半比较完整，其长度为8l～100.4厘米，是称手的格斗兵器。铁矛21件，长度在32.4～37.9厘米之间，比同时期的青铜矛要长。最长的一件长达66厘米，加长了矛叶和间茎的长度。钢铁戟12支，形状与青铜戟完全不同。戟刺与“胡”连成一直体，一侧呈直角横出一侧刺，称“小枝”，戟内已消失。有的还在戟身和侧枝相连处加装一个铜龠，装柄时，戟柄头端插入铜龠之内，再用绳绑紧，既结实又实用。这种戟一般长40厘米左右，整体形似“卜”字，人们习惯的称它为卜字形戟。由于它体形修长，只有延展性较好的钢铁才能制造。别看它质朴无华，但特别适于骑兵使用，到了西汉，完全取代了青铜戟，成了军队装备的主要格斗兵器。墓中还出土了一件青铜弩机，牙、牛、悬刀、栓塞俱全，特殊的是在弩机之下附加了一个钩形的铁制廓底座，它是以后弩机廓套的雏形。对保护弩臂乃至增大张力起了巨大作用。
经科学测定，这些兵器多是由块炼铁锻制的，其中相当一部分是用炼铁锻制渗碳制成低碳钢，再用低碳钢制成兵器，性能更为优良。有的还经过淬火处理。经过淬火的兵器刃部的硬度大，杀伤力强，但火候难以掌握，不过这毕竟是一个大胆的尝试，对兵器制造具有重大意义。
铁兜鍪是用皮条把各种类型的铁甲片穿缀起来制成的，高26厘米，用甲片89片。兜鍪先用两个半圆形甲片拼成圆形平顶，再用圆角长方形甲片自顶向环周，按上层压下层，前片压后片的顺序编缀七层至颈项止。前脸眉弓上的两块甲片和护颏的两块甲片形似曲尺，前额正中的甲片呈倒凸字形，正可护住额头、眉心。兜鍪内部粗粝，只有衬垫麻革类等有机丝物后才能冠戴。在遗址的同期地战国铁兜鍪（河北易县燕下都出土）层中，还发现过不少这类甲片，小的6厘米左右，大的达到8.6～9.8厘米、宽5.3～6.9厘米，其中除了兜鍪甲片外，还有铠甲片，只是由于材料零碎，尚不知铁铠甲的编缀情况。但到了战国晚期已经有了铁制铠甲，这一点是确定无疑的。
燕下都遗址内除了出土铜铁兵器外，还出土了许多青铜兵器，戈、矛、镞都有，制作也很精良，有的上面还铸刻铭文。这说明到了战国晚期，钢铁冶炼技术尚未发展到成熟阶段，制造出的钢铁兵器尚待完善，其数量还不能满足军队装备的需要，所以燕国还是将青铜兵器与钢铁兵器并重，用来装备军队的。
在燕国、楚国之外的其他诸侯国中，钢铁兵器也在制造和使用。据古文献记载，韩国的铁剑戟可以斩毁敌人的铁质铠甲。赵国进攻中山国时，遇到一个叫吾丘鸩的巨人，身穿铁甲，手执铁杖，铁杖挥舞之处，所击无不破碎。
纵观两周之际的青铜兵器由发展至鼎盛的时代，到了钢铁兵器崭露头角，并以青铜兵器无法达到的优越性显示了它的威力，预示着未来的时代将是钢铁兵器的时代。如果从兵器的造型艺术而论，商周时期的青铜兵器也和同期的其他青铜器一样，庄严而凝重，无论是那一件件青铜大钺，还是一把把大刀，一顶顶青铜胄；那用来装饰兵器的饕餮纹、人面纹、龙纹、虎纹、虎食人面纹，都显得狰狞可怖，又透露出一种青铜器铸造前期的稚拙，今人看来，都具有“狞厉的美”。春秋战国的青铜兵器，朝着轻巧实用的方向发展，花纹装饰艺术趋向生活化、写实化，这当是上层建筑领域“礼崩乐坏”和思想意识“百家争鸣”的具体表现形式之一。两周时期边疆的青铜兵器表现了强烈的民族风格，不论是具有草原游牧风格的青铜短剑，还是具有西南民族风格的巴蜀兵器、滇人兵器，都具有一种有别于中原文化的独特而清新的艺术魅力。