Крымская война 1853 — 1856 показала недостатки отечественного вооружения. А именно — с распространением паровых двигателей были изобретены пароходы, которых в составе Российского флота было только 16; и массовое производство нарезного оружия стало возможным, но в России его количество также было незначительно. Поэтому в 1860—1870 годах были проведены военные реформы под руководством Д. А. Милютина. Первые шаги по реорганизации армии были предприняты ещё в ходе Крымской войны. В 1855 г. по указу царя была создана «Комиссия по улучшению воинской части». Перед ней были поставлены задачи по пересмотру уставов, обсуждение вопросов перевооружения войск, совершенствования физической и боевой подготовки. 9 ноября 1861 г. генерал Д. А. Милютин назначен военным министром, 15 января 1862 г. он представил Александру II доклад, в котором были сформулированы основные принципы, цели и задачи военной реформы. В 1864 г. была проведена военно-окружная реформа. На территории России создали 15 военных округов. Командующим войсками округа как правило назначался генерал-губернатор. Каждый округ представлял собой одновременно орган войскового управления и военно-административного устройства. Это позволяло оперативно руководить войсками и быстро осуществлять их мобилизацию. С созданием округов военное министерство избавлялось от широкого круга обязанностей, которые теперь выполняли командующие, в его ведении остались только те вопросы управления, которые имели значение для всей армии. Был создан Генеральный штаб. Система рекрутских наборов была заменена на всеобщую воинскую повинность. 1 января 1874 г. принимается «Устав о всесословной воинской повинности». В соответствии с ним всё мужское население без различия состояний подлежало воинской повинности с 21-летнего возраста. Срок действительной службы составлял в сухопутных войсках 6 лет и 9 лет в запасе, на флоте, соответственно — 7 лет и 3 года. Произошло перевооружение. Переход к нарезному казнозарядному оружию. В 1868 году принята американская винтовка Бердана, в 1870 — русская винтовка Бердана № 2. В 1891 — винтовка Мосина. С 1861 г. началось производство броненосных паровых кораблей, с 1866 — подводных лодок. К 1898 г. русский военно-морской флот, состоявший из Балтийского, Черноморского флотов, Каспийской и Сибирской флотилий, имел 14 броненосцев, 23 броненосца береговой обороны, 6 броненосных крейсеров, 17 крейсеров, 9 минных крейсеров, 77 миноносцев, 96 миноносок, 27 канонерских лодок.

В начале XX века продолжалось активное развитие военной техники. В 1902 г. в Российской армии появляются бронеавтомобили, в 1911 г. — военная авиация, в 1915 г. — танки. Но чиновники предпочитали использовать иностранные разработки, чем поддерживать русских изобретателей. Поэтому не получили применения многие успешные проекты, такие как танк Пороховщикова, автомат. Однако, например, самолёты Сикорского производились и были не хуже иностранных. Но всё же большинство серийной техники снабжалось комплектующими французского, английского, американского или итальянского производства или разработки. На вооружение поступали пулемёт Максим, новые орудия калибров 76—152 мм, автоматы Фёдорова. Но всё же техники крайне недоставало, хотя по боевой подготовке русская армия не уступала армиям западноевропейских стран.[18] К Первой мировой войне её численность достигла 1 423 000 человек, а после мобилизации составила 5 338 000 чел., на вооружении было 6848 лёгких и 240 тяжёлых орудий, 4157 пулемётов, 263 самолёта, свыше 4 тысяч автомобилей.