25 октября 1868 года Ижевский завод был передан па пять лет полковнику Д. А. Фролову в товариществе с капитаном М. К. Стандершельдом для ежегодной выделки 17 тысяч винтовок. Однако устроенные ими небольшие мастерские с несколькими одношахтными горнами, работающими на древесном угле, не обеспечили оружейную промышленность необходимой сталью. Да и установленное количество (329) металлообрабатывающих станков было явно недостаточным для механической обработки деталей оружия.
В декабре 1871 года завод передали в аренду капитану гвардейской артиллерии П. А. Бильдерлингу, который привлек в «нераздельное товарищество» владельца механического завода — шведского промышленника Л. Э. Нобеля. Перед ними была поставлена задача, реконструировав завод в семилетний срок, наладить производство винтовок Бердана и выпуск 500 тысяч стволов с коробками для заводов России.
В это время на заводе была поднята плотина, установлены паровая машина, две водяные турбины Жонваля, три паровых молота и четыре паровых колотушки, создан ряд оригинальных станков и технологических процессов. Изготовление деталей винтовки Бердана велось на 430 станках, и за 1874—1879 годы было сделано 600 тысяч таких винтовок.
В сталелитейной мастерской к середине 1872 года было выдано 8600 пудов стали. С помощью русского металлурга Н. В. Калакуцкого удалось получить сталь лучше заграничной.
С пуском в 1879 году мартена покупка стали из-за границы прекратились. На заводе заработали вновь организованные стволотокарная и стволо-сверлильная мастерские.
Благодаря русским умельцам появились новые марки стали: «Иж-рапид», «Иж-хром», «Иж-вольфрам».
Делая минимальные вложения в производства завода, арендаторы сторицей окупали их, передавая в казну максимально изношенное оборудование и жестоко эксплуатируя рабочих.
В 1882 году были пущены два прокатных стана, которые после неоднократной модернизации действовали в цехе Ижевского металлургического завода в (советский период). В 1893 году дала первую плавку вторая мартеновская печь. Непрерывно совершенствуя технологию плавки, ижевские металлурги получили с двух печей в 1891 году 123 тысячи, а в 1915 году —210 тысяч пудов стали.
В 1904—1905 годах на заводе вступает в строй вторая прокатная мастерская с обжимным и крупносортными станами и мастерская по изготовлению напильников. Через 4 года заработала листопрокатная мастерская. Здесь был установлен мелкосортный стан «Фирт». С пуском его резко увеличился выпуск мелкосортного проката. В молотовой мастерской установили 5-тонный молот, освоили ковку инструментальной быстрорежущей стали. Вскоре были установлены еще четыре 300-тонных парогидравлических пресса.
Условия труда на металлургическом производстве были исключительно тяжелыми. Жара, угарный газ валили людей с ног. Тигельные печи были устроены в тесном, плохо проветриваемом помещении. Загружались они через верх. С железных полатей, расположенных над печами. рабочие, опаляемые огнем, заваливали шихту и опускали тигли па подины. Не легче было и у мартеновской печи. Шихта заваливалась вручную. Дрова и шихту к печи доставляли на лошадях. Кипящая сталь лилась в изложницы, установленные на поворотном кругу. Бывали случаи, когда металл прорывал летку... В таких тяжелейших условиях выпускалась различная продукция, в изготовлении которой проявлялась техническая смекалка мастеровых.