Во времена правления Ивана IV роль московской артиллерии, которой руководила Пушкарская изба, сильно возросла. В 1558 английский посол Флетчер писал:
«Ни один суверенный христианский государь не имеет так много пушек, как он, что подтверждается их большим количеством в Дворцовой Оружейной палате в Кремле… все отлиты из бронзы и очень красивы».
В период службы артиллеристов, их платье представляло собой разнообразие, но в общем напоминало кафтаны стрельцов. В отличие от стрельцов, артиллерийский кафтан был короче и именовался чуга. Первые артиллеристы также применяли традиционные кольчуги, шлемы и наручи. Зимняя одежда артиллеристов соответствовала русской народной традиции, включая полушубки и шапки.
В тот период в России было много опытных мастеров в области пушечного дела, таких как Степан Петров, Богдан Пятов, Проня Федоров и другие. Однако самым известным из них стал Андрей Чохов. В 1568 году он отлил свою первую пищаль, а в 1569 году – вторую и третью, все они отправились на укрепление обороны Смоленска. В 1575 году Чохов отлил первое известное орудие крупного калибра, которое также было отправлено в Смоленск. До настоящего времени сохранилось 12 из его пушек (всего он изготовил более 20).
Пушкари, или канониры, получали щедрые выплаты в виде наличных, хлеба и соли. В то время как их занятие не считалось особенно благородным и требовало значительного опыта без гарантии успеха, они часто отказывались служить в этой роли. Стрельцы часто не принимали на себя обязанности пушкарей, и эта сфера военной профессии в России стала более наследственной по сравнению с другими. Русские артиллеристы проявляли высокую преданность своему долгу. Например, в бою за Венден 21 октября 1578 года, в ходе Ливонской войны, они, неспособные вывести свои орудия с поля боя, вели огонь по врагу до последнего, а затем повесились на веревках, привязанных к стволам.